Магнитная стратиграфия вулканических пород Маймеча-Котуйской провинции и длительность формирования траппов Северо-запада Сибирской платформы

Актуальность исследований
Наиболее представительные и полные разрезы сибирских пермо-триасовых траппов – самой крупной континентальной магматической (изверженной) провинции на Земле, расположены в Норильском и Маймеча-Котуйском районах на северо-западе Сибирской платформы, где их максимальная мощность достигает 3,5 км (Fedorenko et al., 2000).
Вопрос о корреляции лавовых толщ этих удаленных друг от друга районов неоднократно поднимался в отечественной и зарубежной литературе, поскольку ответ на него имеет огромное значение не только для решения задач региональной геологии, но и для разработки геодинамических моделей формирования и эволюции крупных магматических провинций. Понимание последовательности формирования эффузивных толщ, существенно различающихся по своим геохимическим и петрографическим характеристикам в пределах единой магматической провинции, может быть использовано, в частности, для проверки гипотез происхождения областей внутриплитного магматизма в пределах древних платформ (напр., Sobolev et al., 2011).
На сегодняшний день, даже при наличии надежных геохронологических и геохимических данных (Kamo et al., 2003; Fedorenko et al., 1997, 2000; Burgess et al., в печати), корреляция эффузивных траппов Норильского и Маймеча-Котуйского районов крайне затруднена и неоднозначна: сопоставление лавовых толщ по их геохимическим характеристикам практически не дает желаемого результата из-за сильной латеральной изменчивости состава пород, а имеющиеся датировки изотопного возраста и палеомагнитные данные допускают несколько вариантов конечной корреляции (Gurevitch et al., 2004). При этом качество и надежность палеомагнитных данных, полученных по этим разрезам, существенно различаются. Так, по траппам Норильского района недавно были выполнены магнитостратиграфические исследования, результаты которых в полной мере отвечают современным требованиям надежности и качества (Heunemann et al., 2004; Gurevitch et al., 2004). В то же время, основу магнитостратиграфической схемы эффузивных траппов Маймеча-Котуйского района составляют данные, полученные более четверти века назад (Гусев и др., 1967; Сидорас, 1984) и требующие детализации и подтверждения путем проведения палеомагнитных исследований на современном методическом и аппаратурном уровне.
Для количественной оценки времени и продолжительности траппового магматизма на севере Сибирской платформы необходима обоснованная корреляция лавовых толщ не только в региональных масштабах, но и с Глобальной магнитостратиграфической шкалой пермской и триасовой систем (Steiner, 2006; Hounslow and Muttoni, 2010).
Актуальность поставленных в данной работе задач подчеркивается все возрастающим интересом мирового научного сообщества к вопросу о степени воздействия вулканических извержений, происходящих в процессе становления крупных магматических провинций, на биосферу Земли. На рубеже палеозойской и мезозойской эр произошла крупнейшая в истории нашей планеты биосферная катастрофа, которая привела к массовому вымиранию многочисленных видов растений и животных (Raup, 1994). Становление Сибирской трапповой провинции считается одной из наиболее вероятных причин этого биосферного кризиса (Courtillot, Olson, 2007). Высокоточные геохронологические (Bowring et al., 1998; Kamo et al., 2003) и магнитостратиграфические (Gurevitch et al., 2004) исследования указывают на то, что излияния огромного количества лав и формирование субвулканических интрузий, общим объемом в 2-5 млн. км3 (Васильев и др., 2000), происходило не более 1 млн. лет. Однако, с учетом этих оценок и при условии монотонности излияний, интенсивность вулканической активности была бы близка к современной (Davies, 1999) и не могла привести к катастрофическим последствиям планетарного масштаба. С другой стороны, имеются основания полагать (Erwin, 1994), что при неравномерном извержении (в случае смены периодов затишья бурными, относительно кратковременными всплесками магматической активности – вулканическими «пульсами») количества парниковых газов, одномоментно поступавших в атмосферу и гидросферу Земли, было бы достаточно для начала экологической катастрофы мирового масштаба. Таким образом, выявление динамики магматизма, приведшего к образованию сибирских траппов, позволит получить дополнительную информацию для тестирования гипотезы о связи магматизма с пермо-триасовым вымиранием. Как это было показано на примере траппов Декана (Chenet et al., 2008, 2009), при наличии максимально детальной (с точностью до каждого лавового потока) и надежной магнитостратиграфии, палеомагнитный метод является мощным инструментом для определения динамики магматической активности и ее продолжительности.
Цели и задачи исследований
Основными целями настоящей работы являются:
1. Разработка современной магнитостратиграфической схемы эффузивных траппов Маймеча-Котуйского региона.
2. Оценка продолжительности и интенсивности эффузивного траппового магматизма Маймеча-Котуйской провинции палеомагнитным методом.
3. Разработка схемы корреляции вулканогенных пермо-триасовых толщ Норильского и Маймеча-Котуйского районов, создание сводного магнитостратиграфического разреза траппов севера Сибирской платформы и его сопоставление с Глобальной шкалой магнитной полярности.
Для достижения поставленных целей необходимо решить ряд конкретных задач:
1. Получить детальные магнитостратиграфические и палеомагнитные данные для опорных разрезов эффузивных траппов Маймеча-Котуйской провинции.
2. Исследовать запись палеовековых вариаций в изученных разрезах Маймеча-Котуйского региона на предмет наличия в ней дирекционных групп и единичных палеомагнитных направлений, отвечающих, соответственно, магматическим пульсам и индивидуальным извержениям.
3. Выполнить палеомагнитное переизучение спорного интервала верхней части трапповой толщи Норильского района.
4. Выполнить корреляцию вулканических разрезов Маймеча-Котуйского и Норильского регионов. Составить сводный разрез пермо-триасовых траппов севера Сибирской платформы и сопоставить его с Глобальной шкалой магнитной полярности с использованием имеющихся геохронологических датировок.
Научная новизна
Впервые для пермо-триасовых эффузивных траппов Маймеча-Котуйской провинции выполнены палеомагнитные исследования, отвечающие современным требованиям надежности и качества. Полученные данные положены в основу детальной магнитостратиграфической схемы траппов Маймеча-Котуйской провинции. Впервые для траппов данного района применена методика выделения пульсов магматической активности, выполнена оценка интенсивности и продолжительности траппового магматизма. Разработана новая схема корреляции вулканических толщ Норильского и Маймеча-Котуйского регионов. Предложен и обоснован сводный магнитостратиграфический разрез траппов севера Сибирской платформы, который, с учетом новейших геохронологических датировок, сопоставлен с современной Глобальной шкалой магнитной полярности.
Защищаемые положения
1. Магнитостратиграфическая схема эффузивных траппов Маймеча-Котуйского района включает пять зон магнитной полярности. В этой схеме первой снизу зоне обратной полярности отвечают породы хардахской свиты. Следующая за ней зона прямой полярности включает лавы арыджангской и нижней части онкучакской свит. Ее сменяет вторая зона обратной полярности,
которой отвечают породы верхней части онкучакской свиты, тыванкитской свиты и нижнедельканской подсвиты. Выше находится вторая зона прямой полярности, которой соответствуют лавы верхнедельканской подсвиты. Завершает разрез третья зона обратной полярности, образованная породами маймечинской свиты.
2. Временные интервалы, в течение которых происходило формирование эффузивных траппов Норильского и Маймеча-Котуйского регионов, частично перекрываются. Имеющиеся данные поддерживают корреляцию арыджангской и низов онкучакской свит (маймеча-котуйский разрез) с моронговской и мокулаевской свитами (норильский разрез). Верхняя часть маймеча-котуйского разреза (начиная с верхней части онкучакской свиты) начала формироваться не раньше конца самоедского времени, после того, как завершились основные извержения в Норильском регионе. Хардахская свита Маймеча-Котуйского региона, вероятно, одновозрастна ивакинской свите Норильского региона.
3. Корреляция сводного магнитостратиграфического разреза траппов севера Сибирской платформы с Глобальной шкалой магнитной полярности указывает на то, что большая его часть сформировалась в течение индского времени на протяжении первых полутора миллионов лет после пермо-триасового рубежа.
4. Формирование вулканических пород нижней части маймеча-котуйского разреза в составе хардахской, арыджангской и нижней части онкучакской свит происходило не равномерно, а в течение кратковременных вспышек (пульсов) вулканической активности, суммарная продолжительность которых не превышала 7-8 тыс. лет. При этом общая длительность накопления всей лавовой толщи нижней части разреза (включая периоды покоя) не превышала 100 тыс. лет и, возможно, была меньше 10 тыс. лет.