ДВА ПУЛЬСА МАГМАТИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ПРИ ФОРМИРОВАНИИ РАННЕРИФЕЙСКОЙ КУОНАМСКОЙ МАГМАТИЧЕСКОЙ ПРОВИНЦИИ: ПАЛЕОМАГНИТНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ГИПОТЕЗЫ

1. ВВЕДЕНИЕ

На территории Анабарского поднятия, как в пределах выступа древнего кристаллического фундамента Сибирской платформы, так и в области развития ее осадочного рифейско-фанерозойского чехла, широко распространены субвулканические тела (дайки и силлы) базитового состава [State Geological Map…, 2015, 2016] (рис. 1). Большинство из них на основании геологических соотношений и/или геохронологических датировок считаются позднедокембрийскими, часть имеет пермско-триасовый возраст, возраст некоторых тел (докембрийский или фанерозойский) разными авторами оценивается по-разному (например [Pasenko et al., 2023]).

На основании синтеза данных среднемасштабных геологических съемок 1950–1970-х гг. А.В. Округин с соавторами выделяли в составе позднедокембрийских базитов Анабарского поднятия десять различных генераций (поясов) даек и силлов со значениями возраста от 1800 до 900 млн лет, полученными преимущественно по K-Ar геохронометру [Okrugin et al., 1990]. Выполненные с тех пор U-Pb и Sm/Nd изотопные определения, отвечающие современным требованиям к качеству геохронологических данных, не подтверждают, однако, гипотезу о широком развитии в пределах Анабарского поднятия многочисленных эпизодов позднедокембрийского базитового магматизма. Имеющиеся на настоящий момент современные данные говорят о том, что практически все геохронологически изученные позднедокембрийские базитовые тела Анабарского региона сформировались в относительно небольшом промежутке времени ~1480–1500 млн лет назад и только единичные дайки имеют возраст ~1380 и ~1770 млн лет [Ernst et al., 2000; Gladkochub et al., 2022].

С начала 2000-х гг. в регионе одновременно с геохронологическими определениями был выполнен большой объем палеомагнитных исследований [Veselovskiy et al., 2006, 2009; Ernst et al., 2000; Evans et al., 2016]. Палеомагнитные данные органично дополнили геохронологические, позволяя коррелировать магматические тела неизвестного возраста с телами, для которых современные геохронологические датировки уже были получены. В результате было показано, что подавляющее большинство позднедокембрийских базитовых тел Западного и Северного Прианабарья имеют возраст около 1500 млн лет, что послужило основанием для объединения их в составе новой Куонамской магматической провинции (КМП) [Ernst et al., 2016]. Недавние геохронологические и палеомагнитные результаты значительно расширяют площадь этой провинции, указывая на то, что она распространялась на юг Анабарского поднятия и, возможно, на территорию Уджинского и Оленекского поднятий [Pasenko, Malyshev, 2020; Tomshin et al., 2023; Wingate et al., 2009; Malyshev et al., 2022].

В статье 2009 г. [Veselovskiy et al., 2009] было высказано предположение (поддержанное затем в работе [Evans et al., 2016]) о существовании по крайней мере двух пульсов магматической активности при формировании Куонамской вулканической провинции, различающихся по возрасту, возможно, на ~20 млн лет. Это предположение базировалось на статистически значимом расхождении средних палеомагнитных направлений изученных к тому времени базитовых тел Западного и Северного Прианабарья, а также на возможном различии их изотопного возраста. В то время как для всех изученных тел Западного Прианабарья U-Pb определения показывали возраст около ~1500 млн лет, единственное определение, имевшееся для силла из Северного Прианабарья (долина р. Фомич), указывало на его формирование около ~1480 (1483±17) млн лет назад [Ernst et al., 2016]. В пользу гипотезы о существовании двух пульсов при формировании КМП свидетельствуют в какой-то степени также результаты изотопного датирования Талахтахской диатремы (1476±17 млн лет), расположенной на востоке Анабарского поднятия [Zhmodik et al., 2022], а также возраст (1473±24 млн лет) Кютингдинского силла Оленекского поднятия [Wingate et al., 2009]. Отнесение последнего к КМП поддерживается не только геохронологическими данными, но и близостью полученного по нему палеомагнитного полюса к соответствующим полюсам Западного и Северного Прианабарья [Evans et al., 2016; Wingate et al., 2009].

С другой стороны, значимое различие средних палеомагнитных направлений изученных тел Северного и Западного Прианабарья может быть связано с недостаточным осреднением вековых геомагнитных вариаций при расчете одного или обоих соответствующих направлений. При этом различие изотопных возрастов тел, которые могли бы быть отнесены к разным пульсам магматической активности, не кажется очевидным с учетом достаточно больших размеров их доверительных интервалов. Таким образом, становится ясно, что гипотеза двух пульсов нуждается в дополнительной проверке.

В 2021–2023 гг. авторами были выполнены палеомагнитные исследования позднедокембрийских базитовых тел возраста ~1500 млн лет из долины среднего течения р. Котуй. Их мезопротерозойский возраст подтверждается двумя U-Pb геохронологическими определениями, выполненными для одного из крупных силлов этого района мощностью ~40–50 м и площадью распространения ~800 км² [Pasenko et al., 2023]. Полученные данные позволяют вернуться к тестированию гипотезы о существовании двух пульсов магматической активности при формировании КМП. Результаты этого тестирования и следующие из него выводы излагаются в настоящей работе.

2. ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

На территории Анабарского поднятия силлы и дайки, соотносимые с КМП, представлены преимущественно основными породами толеитового и субщелочного состава внутриплитного происхождения с источником смешанного типа между E-MORB и OIB [Ernst et al., 2016]. Известные современные возрастные определения для тел КМП варьируются в пределах 1483–1513 млн лет (табл. 1), при этом ее средний возраст оценивается как 1501±3 млн лет [Ernst et al., 2016].

В последние несколько лет появились новые геохронологические и изотопные определения (табл. 1), которые позволяют отнести к КМП также дайковый рой долины р. Кенгеде (южный склон Анабарского поднятия, [Tomshin et al., 2023]), серию субвулканических тел основного состава в долине среднего течения р. Котуй (Юго-Западное Прианабарье [Pasenko et al., 2023]) и, возможно, Талахтахскую диатрему, прорывающую рифейские отложения на восточном склоне Анабарского поднятия [Zhmodik et al., 2022]. Осадочные образования склонов Анабарского поднятия (рифейские, вендские и палеозойские отложения), в том числе и в районе работ, характеризуются преимущественно субгоризонтальным залеганием или же очень пологими углами падения – до 5°.

Для выполнения палеомагнитного анализа авторами было опробовано семь ранее не изучавшихся силлов мезопротерозойского возраста котуйского интрузивного комплекса и четыре раннетриасовые дайки оленёк-велингнинского интрузивного комплекса [State Geological Map…, 2015] (рис. 1). Силлы сложены долеритами с различной степенью вторичных изменений, дайки образованы относительно свежими долеритами и габбро-долеритами. Все отобранные для палеомагнитных исследований образцы как силлов, так и даек характеризуются полнокристаллической структурой.

Мощность изученных тел от первых метров до первых десятков метров. Исследование пермско-триасовых даек было проведено для заверки их возраста и для оценки степени влияния пермско-триасового магматизма на палеомагнитную запись докембрийских силлов.

Отбор образцов для проведения классического теста обжига не мог быть произведен в силу отсутствия обнаженных контактов. Вмещающие породы были опробованы на некотором удалении от контактов. Всего было отобрано 16 образцов вмещающих карбонатов юсмастахской свиты на расстоянии 2 км от ближайшего интрузивного тела (силл мезопротерозойского возраста). К сожалению, исследования авторов показали, что изученные вмещающие породы не содержат интерпретируемого палеомагнитного сигнала и также не могут быть использованы для выполнения теста контактов даже в его упрощенном виде.

3. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Для палеомагнитных исследований ориентированные образцы отбирались штуфным методом. Отбор и последующая обработка палеомагнитных образцов проводились по стандартной методике [Tauxe, 2010] в лаборатории Главного геомагнитного поля ИФЗ РАН и на оборудовании ЦКП ИФЗ РАН [Veselovskiy et al., 2022]. Ступенчатая магнитная чистка проводилась путем температурного размагничивания с использованием немагнитной печи MMTD80 (Magnetic Measurements, Великобритания) с измерением вектора естественной остаточной намагниченности (ЕОН) на криогенном SQUID (2G-Enterprises, США) и спин – JR-6 (AGICO, Чехия) магнитометрах в пространстве, экранированном от внешнего магнитного поля. Термомагнитные исследования проводились на вибромагнитометре конструкции Ю.К. Виноградова (ГО «Борок», Россия) и на каппометре MFK1-FA с термоприставкой CS3 (AGICO, Чехия). Коэрцитивные параметры снимались на вибромагнитометре PMC MicroMag 3900 (Lake Shore, США). Компонентный анализ, расчет палеомагнитных полюсов и визуализация данных проводились в компьютерной программе "PmTools" [Efremov, Veselovskiy, 2023].

4. ПАЛЕОМАГНЕТИЗМ

Палеомагнитные данные подтверждают указанный на геологической карте пермско-триасовый возраст изученных даек. Эти тела содержат стабильную палеомагнитную запись с единственной, как правило, компонентой намагниченности, характеризующейся направлениями обеих полярностей, типичными для пермско-триасовых тел Сибирской трапповой провинции (рис. 2, образцы № АР21-Т14 и АР21-Т98). В ряде образцов по итогам ступенчатой температурной чистки авторами обнаружено присутствие одновременно двух антиполярных компонент (рис. 2, образец АР21-Т98). Подобное явление для пермско-триасовых траппов Сибири описывалось неоднократно (например [Veselovsky et al., 2003]) и связано, возможно, с ложным самообращением намагниченности по механизму, предложенному в статье [Shcherbakov et al., 2017]. В данной работе эта особенность палеомагнитной записи рассматриваться не будет, однако стоит отметить ее как характерное свойство данных пород.

В изученных образцах мезопротерозойских силлов выделено две компоненты намагниченности – низко- и среднетемпературная и высокотемпературная. Иногда спектры блокирующих температур для обеих компонент существенно перекрываются – в этом случае выделение конечных направлений оказывается невозможным. Низко- и среднетемпературная компонента (LTC) была выделена на интервале температур от 20–380 до 400–540 °С. Она характеризуется либо умеренными и высокими положительными наклонениями преимущественно с юго-западными склонениями (рис. 2), либо высокими положительными наклонениями и северными склонениями. Во втором случае выделяемое направление близко к направлению современного геомагнитного поля в районе работ и является, по всей видимости, результатом современного перемагничивания. В первом же выделяемые направления могут интерпретироваться как наложение двух компонент: высокотемпературной древней (см. ниже) и современной (или пермско-триасовой трапповой).

Высокотемпературная (HTC), она же характеристическая, компонента намагниченности выделяется на широком спектре температур – 300–600 °С и отличается умеренными и пологими отрицательными наклонениями с юго-западным склонением (рис. 2; табл. 2). Судя по преобладающим значениям максимальных деблокирующих температур (~530 °С), основным минералом-носителем этой компоненты намагниченности является, вероятно, низкотитанистый титаномагнетит.

5. МАГНИТНАЯ МИНЕРАЛОГИЯ

Результаты термомагнитных измерений указывают на то, что изученные образцы мезопротерозойских силлов относительно термостабильны. Диаграммы зависимости намагниченности насыщения от температуры Ms(T) часто имеют практически обратимый характер и свидетельствуют о том, что основные минералы – носители намагниченности – имеют точки Кюри в интервале 500–580 °С (рис. 3, а). Диаграммы температурной зависимости магнитной восприимчивости k(Т) также подтверждают присутствие в изученных образцах минералов-носителей намагниченности с такими точками Кюри (рис. 3, б). Наиболее вероятно, что эти минералы – магнетит и низкотитанистый титаномагнетит. Основной магнитный минерал в измеренных образцах обладает относительно низкой коэрцитивностью, свойственной минералам титаномагнетитового ряда – максимум на FORC-диаграмме лежит в области полей порядка 10 мТл (рис. 3, д).

На диаграмме Дея-Данлопа (рис. 3, г) образцы распределились в области псевдооднодоменных (PSD) частиц, вдоль кривой смешения однодоменных (SD) и многодоменных (MD) зерен. Характер FORC-диаграммы [Muxworthy, Dunlop, 2002] указывает на преобладание в изученных образцах PSD зерен.

Исследование аншлифов под электронным микроскопом показывает наличие структур гетерофазного окисления (ГФО), образующихся обычно при высоких температурах в процессе остывания магмы (рис. 3, в). Размеры ламелей, образованных в результате ГФО, в изученных образцах варьируются от ~0.7 до ~3.0 мкм, что, согласно экспериментальным оценкам, соответствует окислению при температуре выше 900 °С [Gapeev, Celmovich, 1986]. Помимо присутствия зерен титаномагнетитов со структурами ГФО, в подчиненном количестве отмечены гомогенные зерна титаномагнетита.

6. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

В пользу первичности выделенной высокотемпературной компоненты намагниченности в изученных интрузивных телах можно привести следующие аргументы. Во-первых, петромагнитные эксперименты показали присутствие в образцах титаномагнетита и магнетита, находящихся преимущественно в псевдооднодоменном состоянии. Это значит, что исследуемые породы могут нести стабильный древний палеомагнитный сигнал [Dunlop, Özdemir, 1997]. Во-вторых, в образцах мезопротерозойских долеритов были обнаружены структуры гетерофазного (высокотемпературного) окисления зерен титаномагнетита (рис. 3, в). Это свидетельствует в пользу термоостаточной природы записанного в них палеомагнитного сигнала. В-третьих, существенное различие палеомагнитных направлений, записанных в мезопротерозойских и пермско-триасовых интрузивных породах, указывает на отсутствие перемагничивания во время пермско-триасового магматического события. В пользу первичности характеристической компоненты намагниченности изученных мезопротерозойских силлов свидетельствует также практическое совпадение ее направлений с палеомагнитными направлениями, выделенными ранее в силлах долины р. Котуйкан примерно в 30 км севернее района работ. Эти силлы относятся к КМП, и ранее для них был получен положительный тест обжига, подтверждающий первичность их намагниченности [Evans et al., 2016].

Сходство палеомагнитных направлений (их кучность равна 136 (табл. 3)) для изученных (в настоящей работе и ранее) силлов среднего Котуя и их географическая близость позволяют распространить на все эти силлы определение возраста 1502.5±2.6 млн лет (U-Pb, бадделеит), полученное недавно по одному из них – Оревунскому [Pasenko et al., 2023]. Такое определение идеально совпадает с более ранним определением по северной части этого очень большого по протяженности силла (1503±2 млн лет, U-Pb, бадделеит [Ernst et al., 2016]).

Для решения основной задачи данной работы нужно сравнить палеомагнитные данные, полученные по разным субрегионам КМП (табл. 3). Понятно, что поскольку рассматриваемые магматические тела расположены иногда на значительном расстоянии друг от друга, следует сравнивать не палеомагнитные направления, а палеомагнитные полюсы. Географически рассматриваемые объекты естественным образом разделяются на четыре субрегиона: Северо-Анабарский (Север), Западно-Анабарский (Запад), Восточно-Анабарский (Восток) и субрегион, расположенный на юго-западе Анабарского поднятия в долине среднего течения р. Котуй (Юго-Запад).

Палеомагнитные направления Восточно-Анабарского субрегиона количественно сравнивать с таковыми для других субрегионов (в рамках рассмотрения вопроса о существовании двух пульсов) бессмысленно из-за малого числа сайтов и высокого разброса палеомагнитных направлений. Мера точности определения среднего палеомагнитного полюса A95 (радиус круга 95 % доверия) здесь составляет 22.8° (табл. 3), что слишком много, если учитывать возможное угловое расстояние между полюсами, различие в возрасте которых может составлять ~20 млн лет. Таким образом, для сравнения остаются только полюсы регионов Север, Запад и Юго-Запад.

Далее встает вопрос о способе расчета средних палеомагнитных полюсов и их кругов доверия. Это можно делать на уровне сайтов, взвешенных сайтов и на уровне отдельных тел – интрузий. Поскольку разные магматические тела в данном случае представлены разным количеством сайтов, расчет на уровне сайтов может привести к большему влиянию на конечный результат тех тел, в которых было отобрано несколько сайтов, по сравнению с телами, где был отобран и изучен только один сайт. Задача требует, чтобы результаты по каждому изученному магматическому телу входили в расчет с одинаковым весом, поэтому авторы считают более корректным рассчитывать среднее по субрегиону на уровне отдельных тел – интрузий. Расчет на уровне взвешенных сайтов (подобно тому, как это делалось в работе [Evans et al., 2016]) приводит практически к тому же результату.

Сайты, использованные для расчетов, и полученные по ним положения индивидуальных и средних палеомагнитных полюсов приведены в табл. 3. В эту таблицу не внесены сайты с весом 0 из работы [Evans et al., 2016, табл. 1]. Кроме того, в один сайт были осреднены данные по магматическим и по перемагниченным ими осадочным породам из сайтов 39-07(D) и 39-07(H) из той же работы.

Прежде всего можно отметить, что так же, как и в предшествующих работах [Veselovskiy et al., 2009; Evans et al., 2016], средние полюсы, рассчитанные для субрегионов Запад и Север, значимо различаются (рис. 4) (γ/γ_cr=14.6°/8.8° [McFadden, McElhinny, 1990]). Это неудивительно, с учетом того, что набор полюсов, используемых авторами для расчета, по сравнению с работой [Evans et al., 2016] практически не изменился, а способ расчета среднего полюса в нашей работе (по телам) по смыслу мало отличается от способа, использовавшегося в работе [Evans et al., 2016] (по взвешенным сайтам).

Значительно отличаются также средние полюсы субрегионов Запад и Юго-Запад (γ/γ_cr=11.5°/7.2° [McFadden, McElhinny, 1990]). С другой стороны, средние полюсы для регионов Север и Юго-Запад статистически идентичны (γ/γ_cr=4.61°/8.23° [McFadden, McElhinny, 1990]). Взятые вместе эти результаты имеют непосредственное отношение к вопросу о выделении двух разнесенных по времени пульсов магматической активности при формировании Куонамской провинции.

Стоит напомнить, что, говоря о пульсах, в данном случае авторы имеют в виду периоды времени, разнесенные между собой примерно на 20 млн лет, как это предполагалось в гипотезе, предложенной в работе [Veselovskiy et al., 2009]. Если палеомагнитные направления для таких пульсов достаточно хорошо осреднены по времени, то соответствующие палеомагнитные полюсы определены с высокой точностью, а скорость движения полюсов (плит) достаточно высока – тогда можно использовать различие палеомагнитных полюсов для решения вопроса о наличии нескольких пульсов магматической активности. Если средние полюсы получены для интервалов времени, недостаточных для осреднения вековых геомагнитных вариаций (т.е. меньших, чем 10–100 тыс. лет (например [Butler, 1998]), то их различие может быть связано именно с этим недостаточным осреднением, а не с различием (в масштабах многих миллионов лет) их возраста. Такие полюсы непригодны для уверенного решения вопроса о наличии нескольких пульсов магматической активности.

Полюсы из субрегиона Юго-Запад и Запад согласно результатам изотопных определений имеют примерно одинаковый возраст около 1500 млн лет, но при этом их средние полюсы значительно различаются. В условиях, когда нет никаких оснований говорить об относительных горизонтальных смещениях названных субрегионов внутри Анабарского поднятия, это является прямым указанием на то, что эти средние полюсы недостаточно осредняют вековые геомагнитные вариации. Эту гипотезу поддерживают результаты математического моделирования, согласно которым силлы мощностью около 40 м (как в данном случае) остывают значительно быстрее, чем это необходимо для осреднения вариаций геомагнитного поля [Metelkin et al., 2019].

Уже это обстоятельство ставит под сомнение возможность использования средних полюсов субрегионов Запад и Север для обоснования гипотезы о существовании двух пульсов при формировании Куонамской провинции. Следующим аргументом против этой гипотезы является совпадение средних полюсов субрегионов Север и Юго-Запад. Оказывается, не все полюсы с возрастом ~1500 млн лет отличаются от полюсов с предположительным возрастом ~1480 млн лет и, таким образом, палеомагнитное обоснование гипотезы о пульсах ~1500 и ~1480 млн лет назад полностью разрушается.

Итогом анализа полученных данных является вывод о том, что на настоящий момент гипотеза двух пульсов не имеет под собой сколько-нибудь серьезных оснований. Если так, то палеомагнитные данные по субрегиону Север могут быть объединены с данными по другим изученным субрегионам для расчета общего палеомагнитного полюса возрастом ~1500 млн лет для Сибирской платформы. Координаты этого полюса показаны в табл. 3.

Поскольку нет оснований для выделения пульса ~1480 млн лет, нет также и оснований для палеомагнитного полюса этого возраста, предложенного в работе [Evans et al., 2016].

Полученные данные не поддерживают существование пульсов ~1500 и ~1480 млн лет назад, однако не означают, что формирование силлов в рассматриваемых субрегионах происходило строго одновременно. Напротив, различие магнитных полярностей палеомагнитных направлений между субрегионами Запад, Юго-Запад и Север, с одной стороны, и различие средних полюсов между субрегионами Запад и Юго-Запад, с другой стороны, определенно указывают на то, что магматическая активность в них протекала неодновременно. Вывод о недостаточном осреднении геомагнитных вековых вариаций в пределах субрегионов автоматически означает, что длительность магматической активности внутри этих субрегионов не превышала, по всей видимости, 10–100 лет.

7. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Полученные палеомагнитные данные не поддерживают гипотезу о существовании двух магматических пульсов ~1500 и ~1480 млн лет назад при формировании КМП [Veselovskiy et al., 2009].

Северо-Анабарский и Западно-Анабарский полюсы с возрастом 1483±17 млн лет и ~1500 млн лет, предложенные в работе [Evans et al., 2016], следует рассматривать как виртуальные геомагнитные полюсы и избегать их использования для палеотектонических реконструкций.

Осреднение всех (ранее опубликованных и полученных авторами) палеомагнитных данных по КМП позволяет получить наиболее точную (по сравнению с ранее предложенными) оценку положения палеомагнитного полюса для Сибирской платформы ~1500 млн лет назад с координатами 22.6° ю.ш., 65.0° в.д. и А95=4.3°.

Длительность магматической активности внутри выделенных субрегионов Север, Запад и Юго-Запад не превышала, по-видимому, 10–100 тыс. лет.

8. БЛАГОДАРНОСТИ

Авторы выражают благодарность А.Б. Кузьмичеву и Д.В. Коваленко за ценные комментарии и советы при подготовке статьи.

9. ЗАЯВЛЕННЫЙ ВКЛАД АВТОРОВ / CONTRIBUTION OF THE AUTHORS

Все авторы внесли эквивалентный вклад в подготовку рукописи, прочли и одобрили финальную версию перед публикацией.

All authors made an equivalent contribution to this article, read and approved the final manuscript.

10. РАСКРЫТИЕ ИНФОРМАЦИИ / DISCLOSURE

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов, связанного с этой рукописью.

The authors declare that they have no conflicts of interest relevant to this manuscript.