Детритовая термохронология - это методика, которая позволяет оценивать возрасты остывания пород в источниках сноса на основании изучения трековых возрастов детритовых минералов из осадочных разрезов. Остывание пород в источниках сноса может быть связано с различными геологическими процессами, такими как эксгумация пород с глубинных уровней, магматизм (в частности, вулканическая активность). Главное достоинство детритовой термохронологии состоит в том, что эта методика позволяет проследить во времени связь между тектоническими процессами и седиментацией. Первые работы в этой области появились почти 20 лет назад (Hurford et al., 1984; Baldwin et al., 1986; Kowallis et al., 1986; Naeser et al., 1987). К настоящему моменту детритовая термохронология является весьма популярным методом изучения тектонических процессов, особенно в геодинамически активных регионах мира (Brandon, Vance, 1992; Garver, Brandon, 1994; Carter et al., 1995; Gallagher et al., 1998; Garver et al., 1999; Garver et al., 2000; Соловьев и др., 2001; Шапиро и др., 2001; Соловьев и др., 2002; Soloviev et al., 2002; Бондаренко и др., 2003; Богданов и др., 2003).

Треки в апатите устойчивы только в приповерхностных условиях (при температуре ниже 60°С, на глубинах выше 2 км), что ограничивает применение апатита в детритовой термохронологии. Хотя ряд исследований, анализировавших распределения возрастов обломочного апатита, не испытавшего отжига, известен (Corrigan, Crowley, 1992; Rohrmann et al., 1995; Garver et al., 1999). Обычно апатит в детритовой термохронологии используется для изучения современных речных и морских осадков. Анализ распределения трековых возрастов детритовых цирконов из современных осадков, при отсутствии неоген-четвертичного вулканизма, позволяет оценить скорости эксгумации пород в источниках сноса (подробнее см. пункт 3.3.). Такие исследования известны для Гималаев (Rohrmann et al., 1995), Британской Колумбии (Канада) и Новой Зеландии (Garver et al., 1999).

Циркон чаще применяют для решения задач методом детритовой термохронологии, так как треки сохраняются при больших температурах (до 200°С). Это позволяет применять циркон для изучения обломочных зерен в осадках, не погружавшихся глубже приблизительно 7 км.

Детритовая термохронология опирается на трековое датирование отдельных зерен минералов из осадков и используется при изучении питающих провинций осадочных бассейнов и реконструкции эксгумационной истории орогенных систем. Осадочные породы содержат минералы различного трекового возраста, которые поступили в осадок из источников с разной термотектонической историей (рис. 15). Это позволяет реконструировать эволюцию источников сноса во времени. Изучение возраста отдельных зерен циркона, дает возможность: а) определять возраст отложений, не содержащих фауны, б) проводить стратиграфические корреляции, в) реконструировать источники сноса терригенного материала.

Концепция отжига (исчезновения) треков очень важна при изучении детритовых минералов из осадочных пород, сформированных в условиях сноса с активных континентальных окраин в бассейнах прилегающих в ним. С одной стороны, при прогрессивной эксгумации породы с глубинных уровней на поверхность в определенный момент происходит ее “остывание”, то есть порода поднимается выше уровня температуры закрытия трековой системы. С этого момента начинается формирование и накопление треков в минеральных кристаллах и возраст, определенный по этим минералам, будет соответствовать возрасту остывания породы или, другими словами, возрасту эксгумации породы в источнике сноса. С другой стороны, вулканические породы и близповерхностные интрузии остывают мгновенно в геологическом времяисчислении, это означает, что трековые возраста минералов из вулканогенных и интрузивных пород близки к возрасту формирования этих пород. Обломочные зерна, остывшие в результате разных термальных событий, поступают в осадочных бассейн. Они имеют разные трековые возраста. В результате, в разрезах таких осадочных бассейнов сохраняется информация о возрасте термальных событий в источниках сноса, и она может быть использована нами для реконструкции этих событий. Погружение осадочных разрезов на достаточно большую глубину или локальный прогрев может быть причиной “вторичного” отжига (исчезновения) треков, в этом случае теряется информация об источниках сноса, но появляется возможность проследить постседиментационную тектоническую историю бассейна.

 

Рис. 15. Цирконы из песчаников (обр. 96JG-7) Укэлаятской зоны (Корякское нагорье) (Garver et al., 2000). Кристаллы цирконов разного генезиса и возраста. Цвет цирконов напрямую связан с плотностью треков a-распада и/или деления ядер урана (Garver, Kamp, 2002). Метамиктовые (окрашенные окатанные – 2, 5, 11, 16, 19, 28) зерна имеют древние возраста остывания. Прозрачные идиоморфные кристаллы (8, 9, 15, 17, 25) характеризуют молодые возраста остывания, являются материалом первого цикла седиментации и обычно связаны с вулканическим (магматическим) источником.

На основании вышесказанного, при датировании детритовых зерен из осадочных пород, сформированных в активных областях, мы вправе ожидать нахождение зерен различных возрастов. В связи с этим, весьма важным становится вопрос о разделении популяций зерен, поступивших в бассейн из разных источников и имеющих разный возраст. Статистическая методика разделения разновозрастных популяции была предложена (Galbraith, Creen, 1990; Galbraith, Laslett, 1993) и модифицирована (см. 1.5.6.) (Brandon, 1992). Современная методика, позволяет не только разделить популяции (рис. 16), но и определить средний возраст каждой популяции, ошибку и ширину пика (Brandon, 1996; Brandon, 2002).

Рис. 16. Распределение трековых возрастов циркона в песчаниках лесновской серии (Северная Камчатка) и выделенные разновозрастные популяции (P1, P2, P3) (Соловьев и др., 2001). P1 – 53.9±3.4, P2 – 87.5±6.2, P3 – 176.5±23.8 млн. лет (±1s).

 

Возраст осадочной толщи может быть определен методом трекового датирования, если во время седиментации в непосредственной близости от бассейна происходила вулканическая деятельность (Kowallis et al., 1986; Brandon, Vance, 1992; Garver, Brandon, 1994). Это утверждение основано на том, что цирконы, формировавшиеся в результате вулканической деятельности синхронной осадконакоплению, попали в бассейн достаточно быстро после образования. Таким образом, возраст наиболее молодой популяции цирконов, чаще всего представленных бесцветными идиоморфными кристаллами (см. рис. 15), близок к возрасту формирования толщи.

Обломочный материал, сносимый с активных дуг, несет информацию о времени вулканизма и внедрении близповерхностных интрузий, в этом случае одна из популяций обломочного циркона должна быть связана с синхронным вулканизмом (см. рис. 15). Возрасты детритовых цирконов из терригенных отложений обычно распределены в широком возрастном диапазоне (см. рис. 16). Для датирования отложений важна наиболее молодая популяция или «минимальный возраст» (Galbraith, Laslett, 1993), этот возраст определяет нижний предел возраста осадконакопления отложений, так как отложения всегда моложе содержащихся в них обломков.

В данной работе (см. часть II, глава 1) детритовая термохронологии использована для датирования, корреляций и определения источников сноса отложений, накопившихся вдоль Евразиатской окраины в мелу – палеогене (Garver et al., 2000; Соловьев и др., 2001; Шапиро и др., 2001; Соловьев и др., 2002; Soloviev et al., 2002; Богданов и др., 2003). В отложениях практически не содержится определимых органических остатков. Для внутреннего контроля некоторые образцы были отобраны из разрезов с хорошим биостратиграфическим контролем (Соловьев и др., 2001; Soloviev et al., 2002). В работе показано, что трековый возраст молодой популяции цирконов из песчаников соответствует возрасту толщ, определенному по органических остаткам (рис. 17). Этот факт подтверждает, что материал из вулканических источников, действующих синхронно осадконакоплению, быстро переносится и осаждается в разрезах прилегающих к ним бассейнов.

Кроме того, методы детритовой термохронологии использованы для реконструкции кайнозойской эволюции Восточно-Камчатской аккреционной призмы (см. часть II, глава 1) (Шапиро и др., 2004; Соловьев и др., 2004). Эта же методика легла в основу исследований терригенных отложений Южно-Анюйской сутуры (см. часть II, глава 2) (Бондаренко и др., 2002; Бондаренко и др., 2003; Soloviev et al., 2003).

 

Рис. 17. Пример корреляции данных трекового анализа и биостратиграфии (Soloviev et al., 2002). Трековый возраст первой популяции цирконов из песчаников - 86.0±6.1 млн. лет. Возраст блока терригенных пород определен по нанопланктону из аргиллитов как кампанский (83.7-71.5 млн. лет).

 

Таким образом, при изучении отложений, не испытавших после своего формирования нагрева выше 200°-240° С (захоронения глубже 7 км), трековое датирование циркона позволяет: датировать их возраст, коррелировать разрезы и устанавливать источники сноса терригенного материала. Апатит применяется в основном при исследованиях современных или неогеновых осадков, не претерпевших прогревов выше 60°С (захоронения глубже 2 км).

далее> наверх^