Палеомагнетизм траппов Сибирской платформы - оценка длительности и интенсивности магматизма на примере Норильского района и Ангаро-Тасеевской впадины

Актуальность исследований. Сибирская трапповая провинция считается крупнейшей областью проявления внутриплитного базальтового магматизма в фанерозое. Объем продуктов вулканической активности по современным оценкам составляет 2-5 млн. км3 (Васильев и др., 2000; Fedorenko et al., 1996). Длительность основной фазы траппового магматизма согласно изотопным датировкам не превышала 1-2 млн. лет (Kamo et al., 2003; Renne, Basu, 1991).
В настоящий момент интерес к Сибирским траппам связан как с проблемой механизмов формирования крупных магматических провинций (LIP), так и с происхождением медно-никелевых и платиновых месторождений, приуроченных к расслоенным интрузивам трапповой формации (Норильский район). Для понимания роли первичного магматического расплава в формировании руд особое значение имеет проблема соотношения интрузивов с эффузивной трапповой толщей. Несмотря на наличие схемы интрузивных образований, возраст, последовательность внедрения интрузивов и их взаимоотношения с туфолавовой толщей остаются дискуссионными.
Для континентальных вулканических провинций особенно актуальна проблема корреляции разрезов. Стратиграфические, палеонтологические и геохимические ме-тоды не обеспечивают надежного сопоставления разных районов Сибирской траппо-вой провинции. Если учитывать длительность основной фазы магматизма на Сибир-ской платформе (1-2 млн. лет), изотопные методы также не достигают необходимой для детальной корреляции точности. Для траппов Норильского района ситуация усугубляется тем, что единственная уран-свинцовая датировка (Kamo et al., 1996) получена по интрузиву Норильск-1, корреляция которого с туфолавовой толщей является дискуссионной. В связи с этим представляется перспективным использование палеомагнитного метода в комплексе со всеми вышеперечисленными для сопоставления разных районов Сибирской трапповой провинции и корреляции эффузивных и интрузивных продуктов магматизма.
В настоящее время интерес к Сибирским траппам связан с выявлением воз-можной причинно-следственной связи между извержением огромных объемов вулка-нического материала и катастрофическим массовым вымиранием видов на границе перми и триаса (Courtillot, Olson, 2007). Если принять во внимание вышеуказанные оценки объема продуктов вулканизма и длительности вулканической активности, то в случае равномерного формирования траппов средняя скорость извержений не превы-шала 5 км3 в год. Эта величина сопоставима с объемами базальтов, формирующихся в настоящее время ежегодно в срединно-океанических хребтах (Davies, 1999) и, оче-видно, является недостаточной, чтобы вызвать биосферную катастрофу. Однако в по-следнее время на примере Деканских траппов было показано, что трапповый вулка-низм мог протекать в виде коротких интенсивных вспышек, разделенных более дли-тельными периодами покоя (Chenet et al., 2008). В случае кратковременных интен-сивных пульсов магматизма катастрофические последствия для окружающей среды являются более вероятными. Поэтому вопрос, происходило ли формирование Сибирских траппов равномерно или в виде коротких мощных пульсов вулканической активности представляется критическим для установления возможности их связи с пермотриасовой биосферной катастрофой.
При выделении пульсов вулканической активности в этой работе использовался палеомагнитный метод, который позволяет рассматривать вулканогенные разрезы в более детальном временном масштабе, чем обеспечивают изотопно-геохронологические методы.
До последнего момента надежные и детальные палеомагнитные данные были получены только по Норильскому району (Lind et al., 1994; Heunemann et al., 2004; Gurevitch et al., 2004). В результате этих исследований были составлены магнитостра-тиграфические схемы туфо-лавовой толщи, а также выделены интервалы разреза, со-ответствующие инверсионному и экскурсионному состоянию геомагнитного поля (Heunemann et al., 2004; Gurevitch et al., 2004). Однако использование ограниченной магнитной чистки (Lind et al., 1994) и расхождения в магнитостратиграфических схе-мах разных авторов требуют дополнительных палеомагнитных исследований на дру-гих разрезах Норильского района и убедительных доказательств первичности намаг-ниченности.
Нужно отметить, что возможное подтверждение существования инверсионного и экскурсионного интервалов в разрезе траппов Норильского района предоставляет существенные временные ограничения на формирование соответствующей части раз-реза, поскольку длительность инверсии геомагнитного поля вместе со следующим за ней экскурсом оценивается в 1-10 тыс. лет (Valet et al., 2012; Merrill et al., 1998).
Цели и задачи исследований. Основные цели работы – это получение времен-ных ограничений на длительность траппового магматизма на Сибирской платформе и установление характера (равномерного или пульсового) магматической активности. Для этого были решены следующие задачи:
1.Выделение пульсов вулканической активности в разрезе туфо-лавовой толщи Норильского района.
2.Подтверждение записи инверсии геомагнитного поля в траппах Норильского района.
3.Оценка интенсивности траппового магматизма в Ангаро-Тасеевской впадине.
4.Корреляция траппов Ангаро-Тасеевской впадины с лавовыми разрезами Но-рильского и Маймеча-Котуйского районов.
5.Возрастная корреляция интрузивов норильского типа с эффузивным трапповым разрезом Норильского региона.
6.Обоснование первичности остаточной намагниченности в траппах Норильского и Маймеча-Котуйского районов.
Научная новизна. Получены детальные палеомагнитные данные по траппам Норильского района и Ангаро-Тасеевской впадины. Впервые установлен пульсаци-онный характер трапповой вулканической активности в Норильском районе и полу-чены временные ограничения на формирование разреза вулканитов.
В Ангаро-Тасеевской впадине выделены три кратких интенсивных магматиче-ских события, имевших место на фоне длительной вялотекущей магматической активности. Предложены варианты корреляции крупных долеритовых силлов Ангаро-Тасеевской впадины с эффузивными разрезами траппов. Получены надежные обосно-вания первичности остаточной намагниченности в вулканогенных свитах Норильско-го и Маймеча-Котуйского районов.
Защищаемые положения
1.Формирование туфо-лавовой толщи Норильского района происходило в виде чередования кратких интенсивных вспышек вулканической активности (вулка-нических пульсов) и более длительных периодов покоя. Длительность активного вул-канизма в Норильском районе не превышала 11 тысяч лет без учета периодов покоя.
2.На примере нескольких пространственно удаленных разрезов показано, что разрезе траппов Норильского района присутствует запись инверсии геомагнитного поля и последующего экскурса. Согласно современным оценкам длительности инвер-сий, до одной трети разреза туфо-лавовой толщи сформировалась не более чем за 10 тысяч лет.
3.В истории траппового магматизма в Ангаро-Тасеевской впадине имели ме-сто три кратких и очень интенсивных магматических события, выраженные в форми-ровании трех мощных долеритовых силлов и извержении комагматичных им туфов. Длительность каждого события не превышала 10-100 тыс. лет.
4.Совокупность палеомагнитных и геохронологических данных указывает на синхронность формирования крупного Толстомысовского силла и капаевской свиты, их раннетриасовый возраст и наиболее вероятную корреляцию с моронговско-мокулаевским уровнем в Норильском районе, а также арыджангской свитой в Май-меча-Котуйском районе. Таким образом, наиболее мощный пик магматической ак-тивности в Ангаро-Тасеевской впадине происходил одновременно с основной фазой вулканизма на севере Сибирской платформы. С этим же уровнем может быть сопос-тавлено время формирования интрузивов Норильского типа. Это позволяет считать U-Pb датировку 251,2±0,3 млн. лет (Kamo et al., 1996), полученную по интрузиву Но-рильск-1, соответствующей моронговско-мокулаевскому уровню.
Практическая и теоретическая значимость. Полученные данные подтвер-ждают эффективность палеомагнитного метода при оценке длительности и интенсив-ности трапповых провинций, а также для внутрирегиональных и межрегиональных корреляций в континентальных трапповых провинциях. На примере Ангаро-Тасеевской впадины и Норильского района показано, что формирование траппов Си-бирской платформы происходило в виде чередования кратких интенсивных вспышек магматической активности с более длительными периодами покоя. Корреляция ин-трузивов норильского типа с туфо-лавовой толщей позволяет привязать к эффузив-ному разрезу уран-свинцовую датировку (Kamo et al., 1996), а также имеет большое значение для понимания природы рудоносных тел, связанных с интрузивами нориль-ского типа.
Фактический материал. Материал для данной работы был отобран в ходе по-левых сезонов 2008-2012 годов в составе полевых отрядов ИФЗ РАН под руково-дством В.Э. Павлова и ГЕОХИ РАН под руководством Н.А. Криволуцкой. Было проведено детальное палеомагнитное опробование вулканогенных разрезов р. Котуй и Маймеча (Маймеча-Котуйский район), разрезов Сундук, Ергалах, Мокулай и Талнах, а также интрузива Норильск-2 (Норильский район), туфов капаевской свиты, Толсто-мысовского, Тулунского и Падунского силлов, а также мелких интрузивных тел в среднем течении р. Ангары. Проведено петрографическое описание вулканитов Май-меча-Котуйского района, магнитоминералогические исследования вулканитов Май-меча-Котуйского и Норильского районов, палеомагнитные исследования лав, туфов и интрузивов Норильского района и Ангаро-Тасеевской впадины. Число образцов, под-вергшихся палеомагнитным исследованиям, превысило 1350. Также при анализе па-леомагнитных данных использовались результаты исследований (Heunemann et al., 2004; Gurevitch et al., 2004) разрезов Листвянка–Икон–Абагалах (Норильский район).