способ определения возраста горных сооружений

Формула изобретения

1. Способ определения возраста кайнозойских горных сооружений, включающий отбор образцов пород, датирование их методами изотопной геохронологии, отличающийся тем, что отбирают образцы пород вдоль границ горных сооружений и угленосных бассейнов, возникших в результате подъема на поверхность угольных пластов, а датирование проводят по высокотемпературным пирометаморфическим породам, которые претерпели полную переработку в ходе пирогенных событий.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве пирометаморфических пород отбирают железистые паралавы и/или высокотемпературные клинкеры.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к геохронологии и может быть использовано для определения абсолютного возраста кайнозойских горных сооружений.

Известен способ, при котором возраст горных сооружений определяют палеонтологическими методами по коррелятным (формирующимся одновременно с ростом гор при их разрушении) отложениям [1].

Недостатком данного способа является его низкая точность в связи с неспособностью палеонтологического метода давать абсолютные возраста и бедностью континентальных толщ органическими останками.

Известен способ определения возраста осадочных отложений путем измерения дозы облучения, полученного образцом горной породы за время пребывания его в земле [2].

Недостатком данного метода является его низкая достоверность вследствие сложной природы радиационной аномалии поверхности, из которой невозможно напрямую вычленить компоненту, обусловленную временем пребывания образца в погребенном состоянии.

Известен способ, позволяющий определить нижний предел возраста осадконакопления и исследовать эксгумационную эволюцию пород питающих провинций методами детритовой термохронологии [3].

Недостатком метода является его низкая достоверность, поскольку результаты термохронологических реконструкций, основанных на методах решения обратных задач, не всегда однозначны.

Известен способ определения абсолютного возраста горных сооружений, включающий отбор образцов базальтовых покровов, долеритовых некков, траппов, формирование которых сопровождает орогенез и датирование их методами изотопной геохронологии, например ⁴⁰Ar/ ³⁹Ar методом, возраст гор определяют по положению в новейшем разрезе датированных пород [4].

Данный способ осуществляется следующим образом: визуально идентифицируют изверженные породы, определяют их соотношение с горным рельефом методами структурной геологии, отбирают образцы пород синхронных горообразованию и датируют их методом изотопной геохронологии.

Недостатком известного способа является относительно узкая область применения, поскольку вулканический процесс далеко не всегда сопутствует возникновению новейших горных сооружений.

Задачей данного изобретения является расширение географии определения возраста гор.

Получаемый технический результат - высокая достоверность определения возраста гор на территориях, где отсутствует молодой базальтовый вулканизм, достигается тем, что в способе определения возраста горных сооружений, включающем отбор образцов пород, датирование их методом изотопной геохронологии, датирование проводят по высокотемпературным пирометаморфическим породам.

Сущность данного метода включается в определении абсолютного возраста новейших орогенных событий на материале нового типа пород-индикаторов тектонических движений, которые генетически связаны с новейшими тектоническими горообразовательными процессами, претерпели полную переработку в ходе пирогенных событий, а также обладают фазовым и химическим составом, пригодным для получения абсолютных датировок методами изотопной геохронологии.

Погребенные под осадками угольные пласты не могут гореть из-за отсутствия притока кислорода. Поэтапное захватывание периферических частей впадин в поднятие в ходе роста горных сооружений является характерной особенностью всех новейших горных областей мира. Процесс вовлечения угленосных осадков впадин в поднятие проходит в несколько стадий. На первой стадии на некотором отдалении от хребта выдавливаются узкие пластины, а на последующей вся отделенная ими полоса поднимается, образуя предгорные ступени. При этом они попадают в зону аэрации, оказываются выше уровня грунтовых вод, испытывают тектонические напряжения, сопровождаемые дроблением, истиранием и дегазацией углей, и рассекаются эрозионными ложбинами. Все эти факторы создают предпосылки, необходимые для широкомасштабного возгорания угольных горизонтов и возникновения высокотемпературных пород - паралав и клинкеров.

Заявляемый способ был реализован для определения возраста формирования горных сооружений Салаира на границе с Кузнецкой впадиной (Кузбассом). Кузбасс - самый крупный и детально изученный в геологическом отношении угленосный бассейн региона; вдоль западной окраины Кузнецкой котловины расположен крупный пирометаморфический комплекс (фиг.1 и 2).

На фиг.1 приведена схема расположения изученной территории относительно тектонической структуры Кузнецкого каменноугольного бассейна.

1 - мезозойские впадины унаследованные: IA.1 - Чусовито-Бунгарапская, IA.2 - Подобасско-Тутуясская; 2 - мезозойские впадины наложенные: IB.1 - Доронинская, IB.2 - Ненинско-Чумышская; 3-5 - элементы позднепалеозойской впадины: 3 - зоны линейной складчатости, IIA.1 - Приколывань-Томская, IIA.2 - Присалаирская: 4 - IIВ - зона пологих складок: 5 - зона моноклиналей: IIС.1 - северный сектор, IIC.2 - южный сектор: 6 - допозднепалеозойское обрамление: 7 - район детальных исследований, показанный на фиг.2.

На фиг.2 приводятся: Геологическая схема Прокопьевско-Киселевского района Присалаирской зоны деформаций (А) с вынесенными точками наблюдения и определения возрастов пирометаморфических комплексов, геологический разрез по линии А-В (Б) и детальный маркшейдерский разрез по линии C-D:

1 - аллювиальные отложения речных долин, 2 - ерунаковская подсерия, 3 - ильинская подсерия, 4 - кузнецкая подсерия, 5 - верхнебалахонская подсерия, 6 - нижнебалахонская подсерия, 7 - острогская свита, 8 - породы фундамента Кузнецкой впадины, 9 - главнейшие разрывные нарушения, 10 - территория населенных пунктов, 11 - линии разрезов, 12 - точки наблюдения (а) и отбора проб на абсолютное датирование (б).

Обозначения на разрезе C-D: 13 - угольные пласты и их названия, 14 - пирометаморфические комплексы, 15 - разрывные нарушения, 16 - горные выработки, 17 - покровные отложения.

Поскольку углепродуктивную толщу в данном районе слагают преимущественно пелитовые породы, в разрезе горельников преобладают клинкеры. Индивидуальные продукты термического преобразования карбонатных пород редки, за исключением специфических рудных обособлений, возникших при обжиге сидеритов. Вместе с тем, присутствие сидеритового материала способствовало возникновению многочисленных очагов локального выплавления железистых паралав.

Для абсолютного датирования использовался ⁴⁰ Аr/³⁹Аr метод. Для пригодности образцов для датирования наиболее важной является оценка степени термического преобразования минералов, являющихся концентраторами калия в осадочных породах, - слюд, гидрослюд и полевых шпатов обломочной фракции, а также определение содержания калия и кальция в пирогенных породах и отдельных минералах. Паралавы из Присалаирского комплекса представляют собой продукты полного плавления осадочного материала, что подтверждается их фазовым составом, структурой и полным отсутствием реликтов первичных минералов, в том числе полевых шпатов обломочной фракции. Изученные образцы представляют собой плавленые породы преимущественно кислого (реже среднего) состава, глиноземистые, с умеренным содержанием железа и пониженными концентрациями TiO₂, MnO, MgO, Na₂O и Р₂O₅С. Содержание K ₂O в них составляет 1.5-3.5 мас.%, а СаО - 0.7- 10 мас.%, что делает корректным их использование для ⁴⁰Ar/ ³⁹Ar датирования.

Необходимыми условиями пригодности пирогенных образцов для ⁴⁰Аr/³⁹ Аr датирования являются: тотальное преобразование минералов протолита, высокие валовые содержания калия в породах на фоне низких или умеренных концентраций кальция, наличие фаз-концентраторов калия в новообразованных плавленых породах - особенно благоприятно присутствие калиевых стекол. Датирование паралав выполнено методом ступенчатого прогрева с привлечением минералогических критериев идентификации источников аргона (по изотопам, образовавшимся в процессе облучения быстрыми нейтронами на Са, Сl и K), а также внутренних (методы возрастного плато и изохронной регрессии) и внешних критериев («критерии пары», геологический и стратиграфический контроль) достоверности изотопного возраста. Морфологические особенности кристаллитов из паралав (дендриты, скелетные и футлярные кристаллы), а также обилие свежего стекла позволяют утверждать, что пирогенные расплавы остывали в режиме закалки. Следовательно, при охлаждении пород происходило фактически мгновенное (в геологическом масштабе времени) замораживание диффузионного обмена, в том числе закрытие К/Аr системы. Таким образом, датировки, полученные ⁴⁰Аr/³⁹Аr методом, точно соответствуют моменту прекращения высокотемпературного пирогенного воздействия в конкретной точке.

Распределение датировок подтверждает реконструируемую по геологическим данным картину развития новейших орогенов. Ее универсальной закономерностью является поэтапное разрастание горных сооружений за счет вовлечения в поднятие периферических полос впадин, отсекаемым от них по взбросам. Наиболее древние датировки пожаров (от 1.1 до 2.2 млн лет, образцы 05-26 и 05 кс) соответствуют началу высотной дифференциации рельефа западной окраины Кузбасса. Этот процесс происходил на ранних стадиях новейшего надвигания Салаира на Кузнецкую впадину. В настоящее время пирометаморфические комплексы этого возраста расположены на границе Кузнецкой равнины - под Тырганом (который представляет собой нижнюю ступень Салаирской возвышенности). Эта ступень имеет субмеридиональное простирание и с запада и с востока ограничена взбросовыми уступами с падением плоскостей сместителя взбросов на запад - под Салаир. Это позднепалеозойские-раннемезозойские разломы, лишь обновленные в поздненеоген-четвертичное время. Именно в этом районе проходил стык Кузбасса и Салаира в начале интенсивной фазы движения. С ним связаны и наиболее высокоамплитудные новейшие деформации, спровоцировавшие деметанизацию угольных пластов, и последовавшие за ними крупномасштабные угольные пожары. Более молодая группа датировок 360-425 тыс. лет (образец 05-69) характеризует пирогенные комплексы, локализованные восточнее, в том числе - на современной границе Кузнецкой равнины. Меньшая степень эродированности является подтверждением их относительной молодости. Таким образом, первое применение предлагаемого способа показало, что главная фаза новейшей активизации на северной границе гор юга Сибири началась на рубеже неогена и четвертичного периода. Дискретность датировок позволяет выделить и более поздний этап усиления новейших движений в среднеплейстоценовое время.

Использование для датирования пород горелых комплексов (пирометаморфических пород), которые образуются в ходе длительных высокотемпературных пожаров твердого ископаемого топлива, возникающих в результате вовлечения в процессы воздымания горных сооружений угленосных моласс предгорных впадин, обеспечивает высокую точность и воспроизводимость результатов изотопного датирования.

По сравнению со способом-прототипом способ согласно изобретению является более надежным, поскольку использует для датирования породы, образующиеся в непосредственной связи с новейшим орогенезом, и имеет значительно более широкое применение, поскольку используемые породы распространены вдоль большинства границ молодых горных сооружений.

Источники информации

1. Девяткин Е.В. Кайнозойские отложения и неотектоника Юго-Восточного Алтая. М., Наука, 1965, 244 с.

2. Патент RU 2084005 от 10.07.1997.

3. Hodges K.V. Geochronology and Thermochronology in Orogenic Systems // Treatise in Geochemistry / Edit. by Holland H.D., Turekian K.K. Elsevier, 2003, p.263-292.

4. Ярмолюк В.В., Иванов В.Г., Коваленко В.И. Динамика формирования и магматизм позднемезозойско-кайнозойской Южно-Хангайской горячей точки мантии (Монголия) // Геотектоника, 1994, № 5, С.28-45.