Цена доставки диссертации от 500 рублей 

Поиск:

Каталог / НАУКИ О ЗЕМЛЕ / Геотектоника и геодинамика

Восточно-Европейский кратон от неоархея до палеозоя по палеомагнитным данным

Диссертация

Автор: Лубнина, Наталия Валерьевна

Заглавие: Восточно-Европейский кратон от неоархея до палеозоя по палеомагнитным данным

Справка об оригинале: Лубнина, Наталия Валерьевна. Восточно-Европейский кратон от неоархея до палеозоя по палеомагнитным данным : диссертация ... доктора геолого-минералогических наук : 25.00.03 / Лубнина Наталия Валерьевна; [Место защиты: Моск. гос. ун-т им. М.В. Ломоносова. Геол. фак.] - Москва, 2009 - Количество страниц: 275 с. ил. Москва, 2009 275 c. :

Физическое описание: 275 стр.

Выходные данные: Москва, 2009






Содержание:

СОКРАЩЕНИЯ И ТЕРМИНЫ, ПРИНЯТЫЕ В РАБОТЕ
ВВЕДЕНИЕ ЧАСТЬ 1
ГЛАВА 11
ГЛАВА 12
ГЛАВА 13
ЧАСТЬ 2
ГЛАВА 21
212 213
ГЛАВА 22
ПАЛЕОМАГНИТНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДОКЕМБРИЙСКИХ КОМПЛЕКСОВ: МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ,
ВОЗМОЖНОСТИ И ОГРАНИЧЕНИЯ
ПРИМЕНЕНИЕ ПАЛЕОМАГНИТНОГО
МЕТОДА ДЛЯ РЕШЕНИЯ ТЕКТОНИЧЕСКИХ ЗАДАЧ В ДОКЕМБРИИ
ТРАЕКТОРИИ КАЖУЩЕЙСЯ МИГРАЦИИ ПОЛЮСА (ТКМП) И «КЛЮЧЕВЫЕ» ПАЛЕОМАГНИТНЫЕ ПОЛЮСЫ
ПРИМЕНЕНИЕ ПАЛЕОМАГНИТНОГО
МЕТОДА ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ
ДОКЕМБРИЙСКИХ КОНТИНЕНТАЛЬНЫХ РЕКОНСТРУКЦИЙ
ПАЛЕОМАГНИТНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
НЕОАРХЕЙСКИХ - ПАЛЕОЗОЙСКИХ
КОМПЛЕКСОВ ВОСТОЧНО-ЕВРОПЕЙСКОГО КРАТОНА
ТЕКТОНИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ ВОСТОЧНОЕВРОПЕЙСКОГО КРАТОНА
История кратона изучения Восточно-Европейского
Границы кратона
Строение Восточно-Европейского кратона
АРХЕЙСКИЙ КАРЕЛЬСКИЙ БЛОК В ГИПОТЕТИЧЕСКОМ СУПЕРКОНТИНЕНТЕ КЕНОРЛЕНД
Палеомагнитные исследования неоархейских и раннепалеопротерозойских магматических комплексов Карельского блока
Реконструкция положения Карельского блока в неоархее-раннем палеопротерозое
223 Положение Карельского блока в составе гипотетического неоархейского суперконтинента Кенорленд
ГЛАВА 23 ПАЛЕО-МЕЗОПРОТЕРОЗОЙСКИЙ СУПЕРКОНТИНЕНТ КОЛУМБИЯ: ПОЛОЖЕНИЕ ВОСТОЧНО-ЕВРОПЕЙСКОГО КРАТОНА
ГЛАВА 24
ГЛАВА 25
ГЛАВА 26
Палеомагнитные исследования палеомезопротерозойских магматических комплексов Восточно-Европейского кратона
Тренд перемещения Восточно-Европейского кратопа в палео-мезопротерозое
Положение Восточно-Европейского кратона в составе палео-мезопротерозойского суперконтинента Колумбия
ВОСТОЧНО-ЕВРОПЕЙСКИЙ КРАТОН В НЕОПРОТЕРОЗОЙСКОМ СУПЕРКОНТИНЕНТЕ РОДИНИЯ
Палеомагнитные исследования неопротерозойских магматических комплексов Южного Урала (Башкирский антиклинорий)
Тренд перемещения Восточно-Европейского кратона в позднем неопротерозое
Восточно-Европейский кратон в период распада суперконтинента Родиния
СУПЕРКОНТИНЕНТАЛЬНЫЕ ЦИКЛЫ В ДОКЕМБРИИ ПО ПАЛЕОМАГНИТНЫМ ДАННЫМ
ПЕРЕМАГНИЧИВАНИЕ ПОРОД ВОСТОЧНОЕВРОПЕЙСКОГО КРАТОНА

Введение:
В геологической истории Земли выделяются три основные закономерности ее развития: направленность, цикличность и неравномерность или нелинейность [Пущаровский, 1998; Хаин, 1993, 2000, 2001; Хаин, Гончаров, 2006 и др.].
Общая направленность заключается в необратимости развития, выражающаяся в снижении величины теплового потока и потока флюидов, поступающих из глубоких недр Земли к ее поверхности, дифференциации первично-однородного или почти однородного вещества планеты на оболочки, выделение твердого и жидкого ядра Земли, а также возникновение ее магнитного поля.
На основании геохимических данных считалось, что выделение твердого ядра Земли произошло не ранее 2.5 млрд. лет, но не позднее 1.0 млрд. лет [Labrosse et al., 2001; Nimmo et al., 2004; Butler et al., 2005; Gubbins et al., 2008]. Однако резкое увеличение палеонапряженности магнитного поля на границе архея-палеопротерозоя связывается с образованием дипольной конфигурации магнитного поля, невозможной без существования мантийной конвекции [Hale, 1987; Stevenson et al., 1983]. Работы последних лет показывают возможность существования дипольной конфигурации магнитного поля уже в мезо-неоархее [Cawood et al., 2008; Evans, Pisarevsky, 2008; Reddy, Evans, 2009] и даже в палеоархее [Biggin et al., 2008, 2009].
Немаловажным является вопрос начала «современного стиля плейт-тектоники», т.е. перехода от плюм-тектонического режима развития Земли к тектонике литосферных плит [Stern, 2005; Cawood et al., 2006; Condie, Kroner, 2008, Evans, Pisarevsky, 2008; Witze, 2006 и др.]. Суммируя данные, приведенные в этих публикациях, можно с большой долей вероятности сказать, что кардинальная смена режима эволюции планеты произошла в начале палеопротерозоя, однако авторы не исключают возможность такого перехода и в архее.
Численные модели эволюции внутреннего ядра достаточно хорошо согласуются с выводом о времени начала тектоники литосферных плит в неоархее [Labrosse, Japart, 2007].
Долгопериодичная геологическая цикличность (или суперконтинентальные циклы) -образование суперконтинентов начиная с конца архея и их распад - представляют одну из важнейших закономерностей развития литосферы, также как и глобальная нелинейность [Пущаровский, Соколов, 2001] - дисимметрия Земли с ее разделением на материковое и океаническое полушария: Пангее противостоит Панталасса, Родинии - Мировой океан. Вопрос о причинах неоднократного образования и распада суперконтинентов является одним из приоритетных направлений в науках о Земле. Активно обсуждаются вопросы о связи мантийной конвекции с суперконтинентальными циклами и их продолжительностью [Хаин, 2001; Лобковский и др., 2004], об эпизодичности прироста ювенильной коры [Condie, 1998], о (квази) периодическом образовании и распаде суперконтинентов [Трубицын, 1999, 2003], о корреляции мантийных переворотов (овертонов) и циклов Вилсона [Kotelkin, Lobkovsky, 2004; Котелкин, 2008], о связи образования и распада суперконтинентов с суперпшомами и событиями TPW (True Polar Wander - Истинной миграцией полюса) [Li et al., 2009; Li, Zhong, 2009]. В ряде работ суперконтинентальные циклы отождествляются с циклами Вилсона [Лобковский и др., 2004; Хаин, 2001; Хаин, Гончаров, 2006; Котелкин, 2008 и др.]. Во многих работах показано, что циклы Вилсона могут происходить неодновременно внутри единого суперконтинента между отдельными мегаконтинентами и блоками [Слабунов, 2008; Богданова и др., 2009; Li et al., 2008; Lubnina, Slabunov, 2009 и др.]. В истории Земли, по крайней мере, с протерозоя, наблюдалась периодическая смена общемантийной конвекции двухъярусной, разделенной в нижней и верхней мантии. Представляется, что общемантийная конвекция могла возникать в период существования суперконтинентов и приводить к их распаду, после чего она сменялась двухъярусной [Хаин, Гончаров, 2006].
За исключением последнего, мезозойского суперконтинента - Вегенеровской Пангеи - все остальные суперконтиненты являются предполагаемыми как в плане времени существования, так и их палеогеографической позиции. Концепция относительно докембрийской эпизодичности и, как следствие, выделение суперконтинентальных циклов, образовалась на основании выделения характерных глобальных пиков в изотопных датировках в интервалах 2.7-2.6 млрд. лет и 1.9-1.8 млрд. лет, в меньшей степени - 1.2-1.1 млрд. лет [Gastil, 1960; Worsley et al., 1984; Nance et al., 1986, 1988; Condie 1995, 1998, 2000; Campbell&Allen 2008 и др.].
Реконструкции суперконтинентов в докембрии, построенные с привлечением методов только тектонической и геологической корреляции, часто носят противоречивый характер из-за сходства эволюции и строения многих континентальных блоков. Палеомагнитный метод является единственным, ограничивающим моделирование докембрийских суперконтинентов и, в комплексе с другими методами, позволяет количественно реконструировать положение составляющих их континентальных блоков.
При появлении за последние десять лет новых кондиционных палеомагнитных определений для разных кратонов, докембрийские реконструкции приобрели более определенные очертания и в настоящее время обоснована взаимосвязь между отдельными кратонами в определенные промежутки времени [Reddy, Evans, 2009]. Однако для глобальных реконструкций, включающих все докембрийские континентальные блоки, надежных палеомагнитных определений («ключевых» полюсов) явно недостаточно, в том числе и для Восточно-Европейского кратона (ВЕК).
Восточно-Европейский кратон в силу своей детальной тектонической изученности занимает одно из ключевых мест в суперконтинентальных реконструкциях, особенно для докембрия. Наиболее обоснованной является геологическая корреляция между современной северной окраиной Восточно-Европейского кратона и Лаврентией, которую Ч. Говер с соавторами предложил называть мегаконтинентом Нена (NENA - North Europe-North America) [Gower et al., 1990]. Подобная корреляция двух древних кратонов подтверждается и новыми палеомагнитными определениями при вращении соответствующих частей Траекторий кажущейся миграции полюсов ВосточноЕвропейского и Лаврентийского кратонов относительно Эйлерова полюса [Лубнина, Богданова, 2007; Evans, Pisarevsky, 2008; Salminen, Pesonen, 2007]. В дальнейшем конфигурация мегаконтинента Нена вошла как составная часть в палеопротерозойский суперконтинент Нуна, образование которого произошло около 1.9-1.8 млрд. лет назад.
Достаточно хорошо изучен Восточно-Европейский кратон и в палеомагнитном отношении. Начиная с работ под руководством А.Н. Храмова в середине 60-х годов, к настоящему времени накоплено более 1000 единичных палеомагнитных определений [Pisarevsky, 2005]. С накоплением большого количества палеомагнитных данных назрела необходимость не только реконструировать положение всего Восточно-Европейского кратона как единого целого в различные промежутки времени, но и количественно оценить его эволюцию в процессе образования, используя палеомагнитные определения по слагающим его отдельным тектоническим блокам.
Вместе с тем, несмотря на солидный банк палеомагнитных данных, отсутствуют надежные и датированные палеомагнитные реперы для Восточно-Европейского кратона во многих интервалах докембрия-раннего палеозоя. Достижения в области- современной геохронологии открыли возможность точного определения возраста образования первичной намагниченности и датировки времени перемагничивания пород.
Актуальным является также вопрос о связи перемагничивания докембрийских пород Восточно-Европейского кратона с процессами рудообразования [Mertanen et al., 2006; Preeden et al., 2008].
Цель работы
Создать палеомагнитную базу современного уровня для реконструкции ВосточноЕвропейского континента и/или его отдельных блоков в составе докембрийских суперконтинентов.
Основные задачи работы:
В методическом аспекте:
1) разработка комплекса палеомагнитных исследований докембрийских пород;
2) выделение основных регионов перемагничивания докембрийских комплексов Восточно-Европейского кратона для установления его взаимосвязи с основными тектоно-магматическими событиями;
В палсотектоническом аспекте:
1) с учетом многостадийности образования Восточно-Европейского кратона, ревизия существующих «ключевых» полюсов для его различных блоков;
2) получение новых кондиционных палеомагнитных определений надежно датированных пород для малоизученных интервалов докембрийской эволюции ВЕК;
3) определение кинематики движения Восточно-Европейского кратона и его отдельных блоков по «ключевым» полюсам;
4) реконструкция палеогеографического положения кратона от неоархея до палеозоя включительно;
5) определение связи ВЕК с другими континентальными блоками в составе докембрийских суперконтинентов.
Фактический материал:
Основу диссертации составляет фактический материал, полученный автором в ходе экспедиционных исследований 1995-2009 гг. на основных полигонах в различных частях Восточно-Европейского кратона. Были исследованы:
1) в Южной Карелии - неоархейский Панозерский санукитоидный массив и палеопротерозойские мафические породы - Ропручейский силл и дайки Унойских островов Онежского озера. Мезопротерозойские магматические комплексы детально изучены в Северном Приладожье;
2) В Центральной Швеции (провинция Даларна) и в Дании (о. Борнхольм) -мезопротерозойские магматические комплексы;
3) на Украине (Украинский щит) - палеопротерозойские дайки и силлы;
4) на Южном Урале - мезопротерозойские магматические комплексы Башкирского антиклинория и осадочные отложения ашинской серии неопротерозоя (венда-низов рифея).
5) в Ленинградской области - нижнепалеозойские карбонатные породы Балтийско-Ладожского глинта, в Подолии (Украина) - среднепалеозойские терригенно-карбонатные отложения Подольского Приднестровья.
Методы исследований:
Каменный материал изучался следующим комплексом методов: 1) детальные палеомагнитные исследования с компонентным анализом по современной методике (более 5500 образцов); 2) исследования анизотропии магнитной восприимчивости пород (более 1500 образцов); 3) термомагнитный анализ (500 образцов); 4) микрозондовые исследования, включающие определение степени измененности минерала-носителя намагниченности (250 анализов) и оценку возможных вторичных изменений пород (10 анализов).
Лабораторная обработка палеомагнитных коллекций производилась в петромагнитной лаборатории МГУ имени М.В. Ломоносова, палеомагнитной лаборатории ВСЕГЕИ (г. Санкт-Петербург), лаборатории Главного геомагнитного поля и петромагнетизма ИФЗ РАН (г. Москва), в палеомагнитных лабораториях Лундского (г. Лунд, Швеция), Западно-австралийского (г. Перт, Австралия) университетов, Геологической службы Финляндии (г. Эспоо, Финляндия) и геофизического Института Польской академии наук (г. Варшава, Польша). Дубли образцов измерялись в разных палеомагнитных лабораториях и результаты измерений сопоставлялись между собой. Палеомагнитные данные, полученные в разных лабораториях, совпадают.
Микрозондовые исследования проводились в МГУ имени М.В. Ломоносова при участии Л.И. Деминой и в геофизической обсерватории «Борок» (Ярославская область) при участии В.А. Цельмовича. Изотопные датирования отобранных автором образцов выполнены У. Содерлундом (Лундский университет, Швеция).
Научная новизна и личный вклад автора
1. Впервые предложена реконструкция положения Карельского блока ВосточноЕвропейского кратона в составе архейского суперконтинента Кенорленд и реконструирован тренд и скорости его перемещения в неоархее.
2. Впервые получен «ключевой» полюс Восточно-Европейского кратона на 1.45 млрд. лет. Детализирован тренд перемещения ВЕК в интервале 1.47-1.38 млрд. лет.
3. Доказана связь Восточно-Европейского кратона с Лаврентией и Сибирью на протяжении всего мезопротерозоя.
4. Предложен комплекс методов, необходимый для палеотектонических реконструкций докембрия.
5. Установлено положение Восточно-Европейского кратона в низких широтах южного полушария в конце неопротерозоя и начале палеозоя. Оценено время возможного раскрытия океана Япетус и моря Торнквиста.
6. Впервые обосновано низкоширотное положение ВЕК в раннем палеозое и предложена новая ранне-среднепалеозойская часть траектории кажущейся миграции полюса Восточно-Европейского континента.
7. Показана возможная связь процессов перемагничивания пород с различными геодинамическими режимами эволюции Восточно-Европейского кратона и окружающих фанерозойских складчатых поясов.
Автор лично принимал участие в постановке задач исследований, отборе и лабораторной обработке всех коллекций ориентированных образцов, собранных в 19952009 годах. Многие перечисленные выше пункты являются результатом моего сотрудничества с коллегами-геологами из Санкт-Петербурга, Уфы, Петрозаводска, Лунда, Киева, без сотрудничества с которыми были бы просто невозможны палеомагнитные исследования столь широкого круга объектов. Интерпретация результатов и построение моделей проводились также автором, однако они не были бы успешными без помощи и поддержки А.Н. Храмова, С.В. Шипунова, С.А. Писаревского, С.В. Богдановой, А.И. Слабунова, В.Н. Пучкова, А.Г. Иосифиди, С. Миртанен, У. Содерлунда.
Автором лично отобраны образцы, которые в дальнейшем были датированы U-Pb методом по бадделеиту в изотопной лаборатории Лундского университета (У. Содерлунд).
ОСНОВНЫЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ:
1. В неоархее Карельский блок Восточно-Европейского кратона вместе с континентальными блоками Каапвааль, Пилбара и Сьюпириор входил в состав суперконтинента Кенорленд. Распад этого суперконтинента на мегаконтиненты Каапвааль-Пилбара и Сьюпириор-Карельский начался 2.5 млрд. лет назад. Скорость перемещения континентальных блоков в неоархее сопоставима с современными скоростями перемещения литосферных плит.
2. В конце палеопротерозоя и в течение мезопротерозоя Восточно-Европейский кратон, как часть суперконтинента Колумбия, перемещался из северных тропических широт в южные приэкваториальные с одновременным разворотом против часовой стрелки. Окончательная амальгамация отдельных континентальных блоков ВосточноЕвропейского кратона по палеомагнитным данным произошла около 1.75 млрд. лет.
3. Взаимосвязь Восточно-Европейского кратона с Лаврентийским, Сибирским и СевероКитайским кратонами по палеомагнитным данным оставалась неизменной на протяжении мезопротерозоя. Вместе с тем, кратон испытывал локальные вращения между 1.5-1.4 млрд. лет. Окончательный распад суперконтинента Колумбия произошел около 1.1 млрд. лет назад.
4. Как в конце неопротерозоя (600-555 млн. лет), так и в раннем палеозое (480-440 млн. лет) Восточно-Европейский кратон находился в тропических-умеренных широтах южного полушария, что согласуется с низкими скоростями перемещения литосферных плит.
Практическое значение
1) Полученные палеомагнитные полюсы составляют надежную основу для реконструкции положения ВЕК в составе докембрийских суперконтинентов и могут быть интегрированы в систему обновленных глобальных палеотектонических реконструкций.
2) Данные о перемагничивании пород должны учитываться при постановке задач разведки рудных месторождений.
3) Полученные данные можно использовать в процессе геолого-съемочных работ, а новые датировки абсолютного возраста магматических комплексов - при составлении нового поколения геологических карт и легенд к ним.
4) Теоретические разработки и фактические данные, изложенные в работе, уже используются в учебных курсах «Палеомагнитология» и «Палеомагнетизм и геодинамические реконструкции», которые автор читает на Геологическом факультете МГУ имени М.В. Ломоносова, а также при подготовке магистрантов и студентов кафедры динамической геологии. Полученные результаты могут быть использованы в учебных курсах по палеомагнитологии, общей и региональной геотектонике и геодинамике, исторической геологии.
Апробация результатов исследований
Результаты исследований неоднократно представлялись на многочисленных научных семинарах, конференциях, симпозиумах: на XXXI и XXXIII Международных
Геологических Конгрессах (Рио-де-Жанейро, Бразилия, 2000; Осло, Норвегия, 2008),
Генеральной Ассамблее Европейского Геологического Союза EGU (Гаага, Нидерланды,
1999; Ницца, Франция, 2002, 2003; Вена, Австрия, 2005, 2007, 2009), IUGG (Ханой,
Вьетнам, 2001), IAGA (Бирмингем, Великобритания, 1999; Саппоро, Япония, 2003);
Совещаниях рабочих групп (Финляндия, 2004; Украина, 2005; Южная Африка, 2007; Осло,
2009), конференциях «Суперконтиненты в истории Земли (Перт, Австралия, 2005),
Родиния: Суперконтиненты, суперплюмы и Шотландия» (г. Эдинбург, Великобритания,
2009). XXXVII-XL Тектонических совещаниях (Москва), школах-семинарах
Палеомагнетизм и магнетизм горных пород» (ГО «Борок, Ярославская область, 2001, 2009); Общемосковском палеомагнитном семинаре; Молодежной конференции «Современные вопросы геологии» (2001-2003); 7-ой Международной конференции по тектонике плит им. Л.П. Зоненшайна (Москва, 2001) и др.
Основные результаты исследований, а также сформулированные на их базе основные защищаемые положения и выводы изложены в 46 публикациях, в том числе 1 коллективной монографии, 9 статьях в реферируемых журналах, 6 статьях в Трудах ГИН РАН и ВНИГРИ (1998, 1999, 2005, 2007 гг.), 2 статьях в сборнике Геологической Службы Финляндии (GTK, 2004 г.).
Структура работы
Диссертация состоит из введения, 2 частей (в первой части 3 главы, во второй - 6), заключения и списка литературы из 368 наименований, включает 275 страниц текста, в том числе 107 рисунков и 45 таблиц.