Палеомагнетизм гранитных даек Гиссарского хребта (Южный Тянь-Шань) Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

ВЕСтаЖ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

Сер. 7 2007 Вып. 4

УДК 550.384 Ю. С. Ржевский

ПАЛЕОМАГНЕТИЗМ ГРАНИТНЫХ ДАЕК ГИССАРСКОГО ХРЕБТА (ЮЖНЫЙ ТЯНЬ-ШАНЬ)

Известно, что палеомагнитные данные широко используются для решения вопросов тектоники складчатых поясов. До последнего времени граниты, хотя и играют заметную роль в создании складчатых поясов, не пользовались успехом у палеомаг-нитологов, из-за слабой намагниченности этих пород и довольно высоких физических затрат, необходимых для получения палеомагнитных данных.

В настоящей статье приведены палеомагнитные данные по гранитам Гиссарско-го хребта. Для получения их были использованы новейшие методические приемы и модели интерпретации, такие как: термическая чистка, анализ результатов чистки ' с помощью диаграмм Зийдервельда, метод Холлса, альтернативная модель интерпретации палеомагнитных данных и другие.

Гиссарский батолит занимает большую часть южного склона Гиссарского хребта и образован тремя последовательными интрузиями [1]. Первую представляют града диориты и кварцевые диориты, вторую—пор-фировидные биотитовые граниты, третью — аплитовидные мелкозернистые граниты. Эти фазы относятся к каменноугольному циклу интрузивной деятельности. Более поздние интрузивные образования принадлежат пермскому интрузивному циклу и образуют две фазы. Первая фаза представлена ультракислыми лейкократовыми гранитами, вторая—гранит-порфирами и гранодиориг-порфирами.

В Гиссарском батолите были изучены дайки на четырех участках (рис. 1). На правом берегу р. Иос при ее впадении в реку Кафирниган было отобрано 8 ориентированных ппуфов из 20-метровой дайки ультракислых гранит-порфиров предположительно раннепермского возраста. Еще три дайки аплитовидных гранитов мощностью примерно 10-15 метров были изучены в районе поселка Гушары. Одна из них расположена южнее поселка в 2-3 км (участок обозначен как Южные Гушары), две

© Ю. С. Ржевский, 2007

Рис. 1. Обзорная схема района работ I—интрузивные породы гранитно-диоритового ряда. П — местонахождение изученных дае 1—р. Иос, 2—Южные Гушары, 3—Северные Гушары, 4—Ходжа-Обигарм), П1—населенные пункты.

другие: севернее в 1 км и западнее в 2-3 км того же поселка. Первая названа Северные Гушары, вторая—Ходжа-Обигарм, поскольку она расположена на левом берегу реки Ходжа-Обигарм (см. рис. 1). Возраст трех изученных даек предположительно—конец среднего—начало позднего карбона.

Магнитометрические измерения и лабораторные испытания стабильности 1п были проведены в палеомагнитной лаборатории ВНИГРИ. Естественная остаточная намагниченность исследуемых пород (1п) была измерена на магнитометрах чехословацкого производства (Ж4 и ЛАМ 2) и как видно из данных, помещенных в табл. 1 ее величина вполне достаточна для точного измерения и изучения компонентного состава.

Таблица 1

Средняя величина 1п, стабильная к временной чистке и средняя величина лабораторной вязкой намагниченности 1гу образцов из позднепалеозойских даек Гиссарского батолита

№ п/п Количество образцов Ьгср 1(И А/м Ьт ср 10"3 А/м

1 8 0,82 0,30

2 8 344,00 158,20

3 33 107,00 19,50

4 22 0,60 126

Однако, эти данные показывают также, что лабораторная вязкая намагниченность у исследуемых пород довольно высока и достигает почти 30 % от полной 1п. Для пород с такими характеристиками требуется проведение термической чистки или чистки переменным магнитным полем. Нами была выбрана термическая чистка, как более эффективная для такого типа пород.

Диаграммы Зийдервельда, построенные по результатам термической чистки (рис. 2), показали, что 1п исследуемых пород состоит из нескольких компонент. Одна из таких компонент разрушается термической чисткой при 300 градусов по Цельсию (см. рис. 2) и такое поведение 1п при чистке характерно для образцов всех исследованных участков. Однако эти диаграммы свидетельствуют и о том, что чистка образцов даже при 500 градусов не разделяет компоненты 1п, поскольку фигуративные точки проходят мимо центра системы координат и что для разделения компонент 1п необходимо использовать метод Холлса, т. е. метод пересечения кругов размагничивания. Однако об этом более подробно будет сказано ниже. В табл. 2 для каждого участка приведены средние направления 1п образцов после временной чистки и после термической чистки при 300 и 500 градусов по Цельсию, а также разрушенных чисткой. Эти дангсле позволяют сделать следующие выводы: во первых, компонента 1п, разрушенная чисткой при 300 градусов, у образцов участков р. Нос, Южные Гушары и Северные Гушары близка направлению современного геомагнитного поля и вероятно эта компонента и обусловлена этим полем. Эта же компонента у образцов участка Ходжа-Обигарм значительно отклонена от направления современного геомагнитного поля и является, по видимому, суперпозицией нескольких древних компонент.

Во-вторых, средние направления ] 30°, 1п500 и 1р300~500 также являются по видимому суперпозицией нескольких древштх компонент, поскольку у некоторых из этих векторов при южных румбах их склонения имеют положительные наклонения. Эти данные также свидетельствуют о необходимости применения метода Холлса.

Рис. 2 Диаграммы Зийдервельда, построенные по результатам термической чистки образцов пород из даек Гиссарского батолита в географической системе координат:

1—обр. № 217, р. Иос; 2—обр. № 188, Южные Гушары; 3—обр. № 76, Северные Гушары; 4—обр. № 69, Ходжа-Обигарм.

Рассмотрим метод Холлса и результаты, получение нами. Если в процессе чистки на диаграмме Зийдервельда фигуративные точки стремятся к центру системы координат, то это означает, что вектор 1п ведет себя как однокомпонентный, а точка на стереопроекции, соответствующая направлению этому вектору, не меняет своего местонахождения. Нужно отметить, что такое же поведение обнаруживает и многокомпонентный вектор в том случае, когда стабильность всех компонент к разрушающему воздействию нагрева одинакова.

В тех случаях, когда один из компонентов сложного вектора стабилен менее остальных, то фигуративные точки на диаграмме Зийдервельда идут миме центра

Таблица 2

Палеомагнитные данные образцов из даек Гиссарского батолита

Участок Компонент .1" р. Иос Южные Гушары Северные Гушары Ходжа-Обигарм

N Б I К N Б I К N Б I К N О I К %

1 Ьм 8 160 -41 44 11 8 90 65 31 10 9 115 35 18 12 9 143 2 14 24

2 1пзоо 8 218 -65 19 11 9 145 -43 3 22 9 141 13 12 16 6 157 -31 9 24

3 1п500 8 144 7 13 16 5 124 -18 12 23

4 |р2 0-300 4 10 49 45 14 11 29 55 24 9,5 8 171 85 6 24 6 150 2 9 24

5 2р300-50р 5 139 44 12 23 6 188 -56 И 21

6 А* 4 8 46 — 8 50 49 __ — 10 14 50 — — 10 40 56 — —

7 К 4 230 -70 — — 5 230 -83 3 240 -78 — —

8 в: — — — — — 4 126 -50 — — 12 145 -40 — — 10 151 -40 — —

9 с 10 121 -5 — — 8 141 0 — —

Примечание: 1п20, 1п300 и 1п500 направления среднего вектора остаточной намагниченности коллекции образцов после их временной чистки и после термической чистки при 300 и 500 градусов по Цельсию, соответственно. 1р20-300 и 1р30(>-500 среднее направление разрушенных чисткой векторов. Компоненты А", БД Б2* и С* выделены методом пересечения кругов размагничивания (методом Холлсг . И-количество образцов, Б и I склонение и наклонение вектора в горизонтальной системе координат (в градусах), К—кучность векторов, а95—ошибка при подсчете среднего направления векторов.

системы координат, а точка, соответствующая направлению суммарного вектора, описывает на стереопроекции дугу круга большого диаметра. Такие круги называются кругами размагничивания. И задача состоит в том, чтобы по траектории конца вектора на стереопроекции определить полюс круга размагничивания. Метод Холлса состоит в том, что, если полюсы кругов размагничивания в свою очередь располагаются вдоль большого круга, то нормаль к плоскости этого круга характеризует направление наиболее кучной компоненты. Справедливость этого положения легко проверить графически на стереопроекции. Для всех исследованных образцов были определены полюсы кругов размагничивания на участках размагничивания от комнатной температуры до 300 градусов (рис, 3) и от 300 до 500 градусов (рис. 4). Как видно из представленных рисунков, полюсы кругов размагничивания на низкотемпературном интервале размагничивания организуют три круга большого диаметра на участках Северные Гушары и Ходжа-Обигарм. На участках р. Иос и Северные Гушары таких кругов оказалось только два. Нормали к плоскостям этих кругов обозначены как: А, Б, и Бг Именно эти компоненты и были выделены методом Холлса. Полученные данные представлены также в табл. 2. Полюсы размагничивания на высокотемпературном участке чистки также распределены вдоль круга большого диаметра. Нормали к плоскостям этих кругов обозначены как: С (см. рис. 4), их направления также помещены в табл. 2. Нам теперь остается ответить на вопрос, по каким критериям та или иная компонента, выделенная методом Холсса, получила свое название, Таких критериев было использовано два: одноименные компоненты должны быть близки друг к другу по направлению, а современная компонента должна совпадать по направлению с современным геомагнитным полем. Например, компонента А на разных участках имеет направление (см. табл. 2): 8/46, 50/49 и 14/50 (здесь над чертой склонение (р), а под чертой наклонение (I), оба параметра в градусах). Как видно из этих данных, направления компоненты А на разных участках близки друг к другу и почти совпадают с направлением современного геомагнитного поля в месте проведения исследований. Здесь нужно пояснить, что поскольку заранее не известно, какие компоненты будут

Рис, 3. Стереопроекции векторов 1п, полюсов кругов размагничивания и средних компонент, выделенных методом Холлса в географической системе координат, образцов пород даек

Гиссарского батолита:

—р, Иос; 5-8—Южные Гушары; 9-12—Северные Гушары; 13-16—Ходжа-Обигарм. 1, 5, 9 и 13—1п20 после т-чистки; 2, 6, 10 и 14—1п300; 3, 7, 11 и 15—1р20-300; 4, 8, 12 и 16—полюсы кругов размагничивания и средние компоненты остаточной намагниченности. I—проекция векторов на нижнюю полусферу, П—проекция векторов и полюсов кругов размагничивания на верхнюю полусферу, III—круг большого диаметра, IV—средние компоненты по методу Холлса.

выделены методом Холлса, то наклонения у всех полюсов кругов размагничивания было выбрано одно и то же, а именно—отрицательное. Поэтому на рис. 3 современная компонента А оказалась антипараллельной современному геомагнитному полю. Однако, это обстоятельство не меняет сути дела и в табл. 2 приведены скорректированные данные. Из этой же таблицы видно также, что направления компонент Б! и Б2 и С на различных участках очень близки друг к другу и, следовательно, полученные результаты удовлетворяют принятым критериям, В табл. 3 помещены средние координаты этих компонент.

Итак, в исследуемых дайках одновременно присутствуют четыре компоненты естественной остаточной намагниченности. Компонента А обусловлена, вероятно, современным геомагнитным полем, компоненты Б1 и Б2 обусловлены, возможно, разными эпизодами раннепермской магматической деятельности. Компонента С (высокотемпературная) является наиболее древней и сингенетична породе. Наличие в одних и тех же дайках нескольких позднепалеозойских компонент логично объяснить следующей гипотезой.

После того, как Гиссарский батолит был сформирован, он стал непрерывно смещаться к северу и одновременно поворачиваться против часовой стрелки. В отдельные моменты этого перемещения происходила активизация магматической дея-

N

N

Рис. 4. Стереопроекции векторов 1п, полюсов кругов размагничивания образцов и средних компонент, выделенных методом Холлса, пород даек Гиссарскош батолита после их термической чистки при 300° С и при 500° С,

в географической системе координат; 1-3—Северные Гушары; 4-6—Ходжа-Обигарм; 1, 4—векторы 1п500; 2, 5—Гр300-500; 3, 6—полюсы кругов размагничивания и средние компоненты по методу Холлса. Условные обозначения см. рис. 3.

тельности и в некоторых местах появлялись

более молодые дайки (например, дайка р. Иос), а в уже сформированных дайках появлялась новая, низкотемпературная компонента, но уже другого направления. Выдвинутая гипотеза вполне логично объясняет наличие нескольких и поразному ориентированных

Таблица 3

Средние координаты компонент 1п образцов пород позднепалеозийских даек

№ п/п Компоненты N Б I К «и

1 А 4 27 52 35,8 11,7

2 Б, 3 233 -77 147,0 6,7

3 Б2 3 142 -44 55,9 10,8

4 С 2 131 -3 34,1 16,9

Примечание: обозначения те же, что и в табл. 2.

компонент естественной остаточной намагниченности. Однако полученные результаты имеют противоречивый характер.

Действительно, самая древняя компонента (компонента С) имеет очень небольшое значение наклонения (1=-3°, <рт = 1,5°), а другая, более молодая (компонента Б^ имеет довольно высокие значения наклонения ( 1--1Т, фт = 65°). Иначе говоря, Гиссарский батолиг, образовавшись вблизи экватора, в течение короткого промежутка времени должен был бы переместиться сначала в средние широты, а затем снова совершить путешествие к югу примерно на 2500-3000 километров с тем, чтобы занять свое современное положение (<р=39°). И таким образом, несмотря на довольно высокий уровень проведения палеомагнитных исследований, сами результаты оказались противоречивыми.

Выход из создавшегося положения может быть найден в использовании альтернативной модели интерпретации палеомагнитных данных [2]. Согласно этой модели, палеомагнитные векторы располагаются в плоскости тектонических трещин. Положения этих трещин в пространстве определяются по направлениям нормалей к плоскостям, образованным разными парами компонент естественной остаточной намагниченности (табл. 4).

Таблица 4

Направления нормалей к плоскостям, образованным разными парами компонент естественной остаточной намагниченности, выделенных методом Холлса

(см. табл. 3)

№n/n Компоненты Направление компоненты 1 А 2 Б, ЗБ, 4 С

27/52 233/—77 142/—44 131/-3

направление нормалей

1 A 27/52 X — — —

2 Б, 233/-77 107/—8 X — —

3 Б, 142/-44 9/-37 40/-12 X —

4 С 131/-3 40/-37 41/-11 40/—13 X

Примечание: над чертой—склонение, под чертой—наклонение.

Как видно из этих данных направления нормалей к плоскостям, образованным с участием компоненты А, имеют большой разброс, в то время как направления нормалей к плоскостям, образованным другими компонентами, практически совпадают. Среднее направление этих нормалей таково: N = 3, Р=40°, 1 = -12°, К= 1000, а95=1,28°. Эти данные свидетельств уют о том, что компоненты Б,,Б2 и С лежат в плоскости, принадлежащей к диагональной системе тектонических трещин и имеющей простирание: северо-запад—юго-восток. Нужно отметить,что в Гиссарском батолите тектонические трещины с таким простиранием широко развиты[3].

Альтернативная модель интерпретации палеомагнитных данных оказалась более предпочтительной.

В заключение статьи пользуюсь случаем поблагодарить Б. Н. Писакина (СПбГУ) за конструктивную критику и техническую помощь в подготовке рукописи к печати.

Summary

Rzhevsky Yu. S. Paleomagnetic data of granitic dikes of the С ssar Range (Southern Tien Shan)

The samples for paleomagnetic stupes are chosen from four gran с dikes (the age of three of them has been determined as Late Carboniferous and the fourth one as Early Penman) n afferent locali '.' 2S

of the Gissar Range. Paleomagnetic data have been obtained by means of sample thermocleaning and with the use of Ziderveld diagrams and На1Г s method as well. As a result of the natural re: dual rock magne-.zation four components (A, Bp B2 and C) have been retrieved, diffe ng from each other by the directs n and the temperature interval of their separation. The average direction of the components listed in the order of increasing temperature of their separation are follows: component A: N=4, D = 27°, 1 = 52°, К = 35,5, a95 = 11,7°; component B^ N=3, D=233°, I = -77°, K= 147, a95 = 6,7°; component B2: N=3, D= 142°, I=-44°, K = 55,9, a?5= 10,8°; component C: N = 2, D= 131°, I = ~3°, К = 34,1, a95 = 16,9°. The results of the comparative analysis of traditional and alternative models of paleomagnetic data interpretation ate considered. ТЬл rasulte of niaj Ъо1\\ models are described* The altema ve model provides more adequate results.

Литература

1. КухтиковМ.М. Межзональные краевые разломы складчатой области Гиссаро-Алая // В кн. Проблемы геологии Таджикистана. Душанбе, 1964. 2. Ржевский Ю. С. Альтернативная модель интерпретации палеомагнитных данных // Вест. С.-Петерб. Ун-та, 2003, Сер. 7. Вып. 4. (31). 3. Куземко В. Н., КовалъчукИ.А., Павлов В. И. Структурный анализ Зеравшано-Гиссарской горной области (Южный Тянь-Шань) на основе изучения космофотоснимков//В кн: Тектоника Тянь-Шаня и Памира. М., 1983

Статья принята к печати 25.05.2007 г.