Проекты

Название проекта:

Проект РНФ № 23-27-00159 «Магнитостратиграфия палеогена юго-востока Русской плиты»

Сроки выполнения:

2023-2024 гг.

Руководитель:

Гужиков А.Ю. (СГУ)

Аннотация проекта:

Палеоген Нижнего–Среднего Поволжья, как и всего юго-востока Русской плиты, до сих пор не изучен в палеомагнитном отношении. Поэтому в стратиграфической схеме палеогеновых отложений Поволжско-Прикаспийского субрегиона (2015) отсутствуют магнитостратиграфические материалы, хотя де-юре они являются неотъемлемым атрибутом унифицированных схем, согласно Стратиграфическому кодексу РФ (2019). Де факто неимение палеомагнитных данных препятствует выполнению детальных межрегиональных корреляций и изохронному трассированию стратиграфических границ. Целью предлагаемого проекта является устранение вышеуказанных недостатков и преград путем получения магнитостратиграфической (палеомагнитной и петромагнитной) характеристики палеогеновых отложений в зоне их наиболее широкого распространения – Саратовском Поволжье и сопредельных с ним районах. Изучению подвергнутся опорные разрезы всех местных стратиграфических подразделений палеогена (свит, подсвит, пачек) развитых на этой территории. Наряду с палеомагнитным и петромагнитным изучением, планируемые исследования предусматривают получение новых литолого-минералогических и биостратиграфических (макро- и микропалеонтологических) данных, а также проведение циклостратиграфического анализа петромагнитных данных. Результатом выполненных работ станет магнитостратиграфическая схема палеогена Саратовской структурно-фациальной зоны, в которой будут обобщены материалы о магнетизме пород, включая сведения о скалярных магнитных характеристиках. Полученные данные будут использованы для решения различных практических задач региональной геологии: детального расчленения и корреляции разрезов, выявления перерывов и оценки их длительности, реконструкций условий осадконакопления и других. Получение палеомагнитной информации не может быть гарантировано, потому что древняя намагниченность сохраняется не во всех породах. О возрасте и природе намагниченности нельзя судить заранее, но результаты рекогносцировочных исследований палеоцена Саратовского Поволжья (Шелепов, Гужиков, 2022) свидетельствуют, по крайней мере, о частичной сохранности первичной намагниченности, что не исключает возможности использования палеомагнитных данных в магнитостратиграфии, несмотря на их невысокое качество. В случае обоснования древней природы намагниченности будут проведены палеомагнитные корреляции палеогена Поволжья с лимитотипами палеогеновых ярусов в Средиземноморье, одновозрастными отложениями других регионов и шкалой геомагнитной полярности (GPTS), которые позволят максимально изохронно проследить границы общих стратиграфических подразделений, уточнить возрастные соотношения местных и региональных подразделений палеогена разных палеобиогеографических областей.

Краткий отчет о работах по проекту в 2023 году:

Проведено полевое опробование и геологическое описание 19 разрезов, по 12 из них получены результаты лабораторных палеомагнитных и петромагнитных исследований, материалы шлифового анализа и геохимические данные. Изученные разрезы сызранской свиты находятся на юге Саратовского Правобережья (Красноармейский район) и в пределах городского округа Саратова. На севере Саратовского Правобережья (Воскресенский, Вольский, Базарно-Карабулакский и Новобурасский районы) исследовались разрезы ключевской пачки, свиты Белогродни и нижнесызранской подсвиты.

Уровни, на которых отбирались ориентированные штуфы для палеомагнитного анализа, располагались с интервалом 0.5–0.7 м. В ряде разрезов между ними брались неориентированные образцы для петромагнитных исследований, и, таким образом, шаг магнитостратиграфического опробования сокращался до 0.25–0.35 м. В общей сложности опробовано 720 стратиграфических уровней (в том числе 466 уровней, на которых взяты ориентированные штуфы). Суммарная мощность опробованных палеоценовых отложений составила 233 м.

Пробы со 124 уровней переданы на микропалеонтологические анализы (наннопланктон, диноцисты), шлифы изготовлены из образцов с 55 уровней, элементный состав пород определен по образцам с более чем 200 уровней. Все образцы и пробы взяты по системе «образец в образец». Для литолого-минералогического анализа привлечена также шлифотека (40 шлифов) предоставленная Е.Ф. Ахлестиной (СГУ). В общей сложности изучено и описано 95 шлифов, проведено их фотодокументирование.

Изученные отложения представлены преимущественно слабомагнитными силицитами (опоками и кремнистыми глинами), магнитная восприимчивость варьирует от 0.00003 до 0.00007 ед. СИ. Повышенной магнитной восприимчивостью отмечены только глауконититы свиты Белогродни, в которых она достигает 0.00035 ед. СИ. Несмотря на невысокое, в целом, палеомагнитное качество пород, в изученных разрезах удалось обосновать наличие магнитозон прямой или/и обратной полярности, и на основе полученных данных предложить первую версию магнитостратиграфической шкалы палеоцена Саратовского Поволжья.

Ключевская пачка, представленная, по мнению ряда исследователей, самыми древними отложениями палеоцена Саратовского Правобережья, и перекрывающая ее нижнесызранская подсвита изучены нами в стратотипическом районе распространения ключевской пачки (окрестности с. Ключи Базарно-Карабулакского района). В сводной палеомагнитной колонке, составленной по трем обнажениям, выделены четыре магнитозоны – две прямой и две обратной полярности. При сопоставлении с шкалой геомагнитной полярности (GPTS) представляется наиболее вероятным, что выделенные магнитозоны являются аналогами магнитных хронов С29n, С28r, С28n и С27r, а ключевская пачка, как и предполагалось ранее, отвечает средней части датского яруса и, по крайней мере, частично, зоне NP3 по известковому наннопланктону.

Свита Белогродни, стратотип которой находится на правом берегу Волги в ~ 20 км ниже по течению г. Вольска около бывшего с. Белогродня, верхи маастрихта и низы нижнесызранской подсвиты изучены в серии из 9 обнажений в береговой полосе, протяженностью ~ 12.5 км (~ 8.5 км ниже и ~ 4 км выше по течению от с. Белогродня). Сводный разрез свиты Белогродни и нижнесызранской подсвиты характеризуется доминирующей прямой полярностью. Следовательно, возраст свиты белогродни и перекрывающих ее низов нижнесызранской подсвиты древнее NP4, поскольку в GPTS этой наннопланктонной зоне и зеландскому ярусу соответствует преимущественно обратная полярность.

Низы нижнесызранской подсвиты, в разрезах, расположенных на юге Саратовского Правобережья, охвачены магнитозоной прямой полярности. Низам этой же подсвиты в пределах города Саратова (разрезы Лысая гора и Песчаный Умет) соответствует магнитозона обратной полярности. В обоих случаях нижнесызранские опоки залегают с размывом на маастрихтских мергелях.

Отличия в палеомагнитном облике нижнесызранской подсвиты на юге Саратовской области и городской территории легко истолковать с точки зрения разновозрастности отложений, предположив, что низы и верхи подсвиты формировались в эпохи прямого и обратного режимов полярности соответственно. Благодаря сравнительно простой палеомагнитной структуре палеоцена в шкале геомагнитной полярности, идентификация этой зоны с хроном C27 или/и С26 (вторая половина датского века – зеландский век), в которых доминирует обратная полярность, не вызывает затруднений. Преобладание режима прямой полярности характерно только для первой половины датского века (хроны C29 – C28). Поэтому сопоставление палеомагнитных данных по палеоцену Поволжья с GPTS указывает на возраст нижнесызранской подсвиты в районе города Саратова не древнее середины датского века и позволяет заключить, что низы свиты на городской территории моложе, чем на юге и севере Саратовской области, примерно на 1.5 млн. лет.

По результатам циклостратиграфического анализа петромагнитных и геохимических параметров в стратотипе свиты белогродни (датский ярус) выявлены циклы, соответствующие периодам большого и малого эксцентриситетов земной орбиты, рассчитаны время, за которое образовались изученные отло¬жения (~ 2.1 млн. лет), и средняя скорость формирования глауконититов (~ 1 см/тыс. лет).

Краткий отчет о работах по проекту в 2024 году:

Проведено полевое опробование и детальное геологическое описание 6 разрезов сызранской свиты на юге (Красноармейский район) и севере Саратовского Правобережья (Вольский и Воскресенский районы). В общей сложности опробованы 193 стратиграфических уровня: ориентированные штуфы взяты с 98 уровней, а неориентированные образцы – еще с 95 уровней. Суммарная мощность опробованных отложений составила около 100 м. Все образцы и пробы взяты по системе «образец в образец», с тем чтобы использовать их как для палеомагнитных и петромагнитных исследований, так и для микропалеонтологического, геохимического, литолого-минералогического изучения.

Завершены лабораторные исследования, анализ и интерпретация данных по 16 разрезам датского яруса Саратовского Правобережья, в которых в общей сложности, в палеомагнитном отношении изучены почти 700 образцов с 347 стратиграфических уровней. В стратотипических районах развития ключевской пачки и свиты Белогродни дополнительно изучены петромагнитные свойства у неориентированных образцов еще со 111 уровней, элементный состав отложений определен в образцах с 410 уровней, микропалеонтологическому изучению (известковый наннопланктон) подверглись образцы со 164 уровней.

Получена магнитостратиграфическая характеристика стратотипического разреза ключевской пачки (сводный разрез Ключи–Тепловка). По отношению мощности магнитозоны обратной полярности к длительности хрона С28r, аналогом которого она является, рассчитана средняя скорость формирования отложений ~ 2.8 см/тыс. лет, а по итогам детальной магнитостратиграфической корреляции разрезов и результатам анализа переотложенных комплексов наннопланктона обосновано существование дифференцированных тектонических подвижек в районе исследований в первой половине датского века. Петромагнитный рубеж в разрезе Ключи, определяемый по контрастным изменениям ряда петромагнитных характеристик, в частности по спаду магнитной восприимчивости и увеличению среднего размера ферромагнитных зерен (определяемых по отношению магнитной восприимчивости к остаточной намагниченности насыщения), представляет собой корреляционный репер событийной природы. Он соответствует прекращению поступления в палеобассейн продуктов размыва маастрихтских отложений и раннепалеоценовых осадков. Материалы по анизотропии магнитной восприимчивости изученных разрезов позволяют предположить, что поверхность дна раннедатского бассейна имела пологий уклон к юго-западу. [Shelepov et al_2025]

Впервые получены магнитостратиграфические данные по стратотипу свиты Белогородни. По результатам магнитостратиграфической корреляции 9 разрезов уточнено строение свиты и реконструированы некоторые особенности ее формирования [FIG. 1]. В частности, на основе материалов по анизотропии магнитной восприимчивости реконструированы конфигурации поверхности дна датского бассейна на территории северной части Саратовского Правобережья и особенности гидродинамических обстановок осадконакопления [FIG. 2]. По результатам интерпретации петромагнитных данных, в совокупности с литолого-минералогической информацией, обоснована седиментологическая модель, согласно которой свита Белогродни формировалась вблизи впадения крупной реки в морской бассейн и, по сути, представляет собой часть авандельтового комплекса.

Предложен петромагнитный критерий для обоснования верхней границы свиты Белогродни. Уровень, на котором происходит наиболее резкое уменьшение величин магнитной восприимчивости в пограничном интервале свиты Белогродни и сызранской свиты, рекомендуется в качестве дополнительного признака для обоснования верхней границы свиты Белогродни. Абсолютные величины петромагнитного параметра (> 20.10-5 ед. СИ) предлагается использовать для обоснования принадлежности пород к свите Белогродни.

Полученные палеомагнитные данные по разрезам Гремячка и Ключи-3 на Севере Саратовского Правобережья подтверждают наличие магнитозоны обратной полярности (аналога хрона C27r) в нижнесызранской подсвите и ее латеральную устойчивость [Шелепов, 2024]. По результатам комплексного анализа магнитостратиграфических и микропалеонтологических данных, уточнены существующие представления о стратиграфическом объеме гиатуса на границе мела-палеогена Саратовского Поволжья и оценена его длительность от ~ 1 млн. лет на севере до ~ 3 млн. лет в центральной части и на юге Саратовского Правобережья [Shelepov et al_2024].

Путем сопоставления полученных данных со Шкалой геомагнитной полярности (GPTS) обоснован возраст ключевской пачки и свиты Белогродни. Ключевская пачка соответствует пограничному интервалу зон NP2 и NP3 по наннопланктону. Свита Белогродни соответствует интервалу от основания зоны NP3 до нижней части зоны NP4 по наннопланктону. При этом нельзя исключить, что низы свиты Белогродни могут иметь еще более древний возраст и отвечать верхам зоны NP2. [FIG. 2]

Разработана магнитостратиграфическая схема датского яруса Саратовского Правобережья. Шкала состоит из 4 магнитозон прямой (N1d, N2d) и обратной полярности (R1d, R2d), которые являются аналогами магнитных хронов С29n, С28r, С28n и C27r в GPTS. Нижние магнитозоны N1d и R1d (аналоги хронов С29n и С28r соответственно) надежно обоснованы на севере региона – в ключевской пачке. Не исключено, что они присутствуют в низах свиты Белогродни и на юге Саратовского Правобережья. Магнитозона N2d (аналог С28n) выделяется в нижней части нижнесызранской подсвиты как на юге, так и на севере Саратовского Правобережья. Магнитозона R2d (аналог C27r) прослеживается в верхней части нижнесызранской подсвиты в центре и на севере Правобережья. [FIG. 3]