Эволюция рельефа Окинского плоскогорья в позднем мезозое - кайнозое А.В. Аржанникова, М. Жоливе, С.Г. Аржанников, Р. Вассалло, А. Шове

Во второй половине 20-го столетия: проведены широкомасштабные работы по изучению механизмов формирования денудационного рельефа и установления его относительного возраста по коррелятным отложениям и методом литолого-формационного анализа осадочных толщ [Лопатин, Тимофеев, 1971; Миляева, 1971; Поверхности выравнивания, 1973; Поверхности выравнивания …, 1974; Поверхности выравнивания…, 1976; Проблемы экзогенного…, 1976; Тимофеев, 1979; Ивановский, 2011; и др.] В наше время: термохронологические исследования позволили выйти на новый уровень в изучении эволюции рельефа и определить методами абсолютной геохронологии возраст различных реликтов пенеплена Центральной Азии [Jolivet et al., 2001; 2007; 2011; Sobel et al., 2006; Vassallo et al., 2007; De Grave et al., 2007; 2008; 2011; Буслов и др., 2008; Glorie et al., 2012 и др.] Изучение древних поверхностей выравнивания региона

Датированные реликты мезо-кайнозойского пенеплена северных районов Центральной Азии

Fission Track Analysis on Apatites Трековый анализ – это стандартный метод геохронологии, который активно применяется в мировой практике, в том числе, для количественной оценки скорости поднятия и возраста рельефа. Метод основан на подсчете количества и длин треков осколков деления ядер урана, что позволяет реконструировать термальную историю коренных пород в зоне частичного отжига треков (зона PAZ - partial annealing zone) - между 60 ± 10ºC и 120 ± 10ºC (на глубине между 2 и 4 км, если рассчитывать по стандартному геотермическому градиенту 30ºС/км). Трековые возраста апатита позволяют судить о времени выведения пород на близповерхностные уровни.

Отбор образцов Образцы отбирались из коренных пород на Окинском плоскогорье, а также на южном склоне хребта Кропоткина вдоль уступа Окино- Жомболокского разлома (350-метровый вертикальный профиль). Анализы делались в лаборатории Géosciences Rennes (UMR CNRS 6118), Франция. Полученные данные трекового датирования свидетельствуют о меловом возрасте образцов. Возраст для образца, отобранного на Окинском плато, составляет /- 9.6 Ma. Возраста образцов вдоль профиля хребта Кропоткина колеблются от 79,6 до 114,6 Ma.

Результаты трекового анализа апатитов ОбразецПородаКоординаты места отбора образцов Абс. высота (м) Nb Nb d x 10 4 /см 2 s x 10 4 /см 2 i x 10 4 /см 2 [U] (pp m) P( (%) D par ( m) MTL ( m) (± 1 ) Std ( m) FT age (Ma) (±2 ) S07-3ГранитN52° E099° (10533)41.39 (601)83.2 (1208) S07-5ГранитN52° E099° (10533)42.74 (106) (302) S07-7ГранитN52° E099° (10533)31.43 (182)83.59 (484) S07-8ГранитN52° E099° (10533)54.82 (358) (950) S07-11ПарагнейсN52° E099° (10533)242.53(747)505.52(1557) S07-12ГранитN52° E099° (10533)87.64 (546)260.03(1620) Nb – количество проанализированных кристаллов; ρ d – плотность индуцированных треков (на см 2 ), которая могла бы быть получена в каждом индивидуальном образце, если бы концентрация U в нем была эквивалентна концентрации U в стекло-дозиметре CN5; ρ s и ρ i – плотность спонтанных и индуцированных треков, соответственно (в скобках после значений ρ d, ρ s и ρ i дано общее число подсчитанных треков); [U] – рассчитанная концентрация U; P(χ2) – вероятность в %, с которой продатированные кристаллы имеют постоянное соотношение ρs/ρi ; Dpar – среднее значение диаметров протравленного следа пересечения треков с поверхностью анализируемого кристалла апатита; MTL – измеренное среднее значение длин треков; Std – стандартное отклонение при измерении длин треков; FT age – трековый возраст апатитов в млн. лет, рассчитанный с использованием программы Trackkey [Dunkl, 2002]

Гистограммы распределения длин треков Относительно высокие значения средних длин треков (MTL, от 12.5 ± 0.1 до 13.3 ± 0.1 µm) и их однородное распределение свидетельствуют об одностадийной истории эксгумации. Наличие треков короткой длины (короче, чем 10 m) указывает на долгий период их нахождения в зоне PAZ

Термальное моделирование данных трекового анализа Термальное моделирование: позволяет: более полно представить температурно- временную историю объекта изучения; показывает: динамику остывания образцов, которая свидетельствует о скорости эксгумации в определенный период времени. Для всех образцов характерно медленное монотонное остывание в зоне частичного отжига (PAZ), что является свидетельством тектонической стабильности; Образец с Окинского плоскогорья (S07-3) входит в PAZ в ранней юре (190 млн. лет) и покидает ее в позднем мелу (90 млн. лет). Для образцов с хребта Кропоткина вхождение в PAZ соответствует поздней юре – началу мела, а покидание зоны - концу мела – началу палеогена; Термальное моделирование наиболее древнего образца с Окинского плоскогорья (S07-3) показало, что, как минимум, начиная с ранней юры, со 190 млн. лет, тектонические процессы на данной территории стабилизировались, и последующее время характеризуется медленной денудацией существовавшего на тот момент рельефа.

Определение возраста поверхности выравнивания Определение «возраста» поверхности выравнивания (то есть того времени, когда поверхность уже представляла собой низкий слаборасчлененный рельеф) возможно только при совместном рассмотрении термальных моделей всех образцов данного района (в нашем случае четырех образцов с хребта Кропоткина и одного – с Окинского плоскогорья). Время формирования поверхности - это тот момент, когда средние линии остывания для всех образцов в зоне частичного отжига становятся идентичными. То есть, за счет того, что над образцами не существует больше дифференцированного рельефа, они с этого момента эродируются с одинаковой скоростью. В нашем случае, время формирования поверхности выравнивания, по данным термального моделирования, можно оценить в 150 – 140 млн. лет. Разницы во времени между образцами с Окинского плоскогорья и с хребта Кропоткина практически не наблюдается, что свидетельствует о том, что эти структуры развивались в тот период единым блоком. Позднее, продолжающаяся денудация способствовала постоянному обновлению сформированной поверхности.

Неоген-четвертичный этап рельефообразования Дифференцированные движения блоков друг относительно друга начались во время последнего, неоген-четвертичного, этапа неотектонических движений, когда по зоне Окино- Жомболокского разлома хребет Кропоткина был поднят относительно Окинского плоскогорья. Этап формирования современного рельефа в Восточном Саяне начался, по разным данным, от 5 млн. лет до 8.7 млн. лет назад [Rasskazov et al., 2000; Ivanov & Demonterova, 2009 ]. Большую роль при этом играли сдвиговые перемещения по субширотным разломам, которые в поле северо- восточного сжатия имели левостороннюю кинематику и взбросовую компоненту [Arzhannikova et al., 2011].

Оценка скорости эксгумации Окинского плоскогорья методом трекового анализа Скорость эксгумации рассчитывалась по формуле: e m = [(Tc – Ts)/G]/t, где Tc - температура закрытия трековой системы (в нашем случае 120°C ) Ts - температура в приповерхностной части (20°C) G - геотермический градиент (30°C / км) t - время, за которое произошло остывание образца со 120°C до 20°C (190 млн. лет) Средняя скорость эксгумации за последние 190 млн. лет оценивается в 0,0175 мм/год Скорость эксгумации представляет собой скорость выведения пород с глубинных уровней на поверхность. Эксгумация пород происходит как за счет тектонических, так и за счет денудационных процессов. В нашем случае термальные истории образцов с Окинского плоскогорья и с хребта Кропоткина идентичны, что свидетельствует о том, что в позднем мезозое – раннем кайнозое вертикальных межблоковых движений между ними не происходило. Этот факт, а также то, что рассчитанная скорость имеет довольно низкое значение, свидетельствует о том, что скорость эксгумации соответствует скорости денудации данных морфотектонических структур.

Космогенно-изотопный метод in situ 10 Be В породах, находящихся на поверхности, концентрация космогенного изотопа возрастает со временем до определенного момента, когда начинает теряться атом за счет радиоактивного распада ( 10 Be переходит в 9 Be, который более устойчивый). Кроме того, эрозия компенсирует формирование новых атомов внутри породы (то есть сформировавшиеся на поверхности за счет бомбардировки атомы 10 Be постепенно смываются эрозией). И в определенный момент возникает равновесие в концентрации 10 Be и 9 Be. Относительно этого равновесного состояния, может быть рассчитана средняя скорость эрозии, которая обратно пропорциональна концентрации изотопа 10 Be (Brown et al., 1995). Космогенно-изотопный метод in situ 10 Be позволяет датировать породы, находящиеся на поверхности последние сотни тысяч лет.

Оценка скорости денудации Окинского плоскогорья космогенно-изотопным методом 10 Be В целом, рассчитанные скорости эрозии очень низки, со средним значением около 0,012 мм/год и максимальным значением около 0,02 мм/год, что согласуется со значением, полученным для долгосрочного периода методом трекового датирования - 0,0175 мм/год.

Выводы: Начало формирования пенеплена в районе Окинского плоскогорья приходится, по данным трекового анализа, на позднюю юру - ранний мел ( млн.лет). Этот возраст значительно моложе, чем возраст поверхностей выравнивания, сохранившихся в Тянь- Шане, Гобийском и Монгольском Алтае (ранняя юра [Jolivet et al., 2007, 2010; Vassallo et al., 2007; De Grave et al., 2007; 2011(а, б); Glorie et al., 2011]), но древнее пенеплена на плато Чулышман на Алтае (поздний мел [De Grave et al., 2008]). Это свидетельствует об асинхронности формирования древнего пенеплена Центральной Азии. Похожая история эксгумации образцов с Окинского плоскогорья и с хребта Кропоткина свидетельствует о том, что они с юры до конца миоцена развивались как единый блок, подвергавшийся непрерывной медленной денудации со средней скоростью 0,0175 мм/год. Примечательно, что скорость денудации Окинского плоскогорья, рассчитанная за долгосрочный период по трековому анализу согласуется со средней скоростью, рассчитанной за краткосрочный период по космогенно-изотопному анализу 10Be. В позднем миоцене в Восточном Саяне к денудационным прибавились активные тектонические процессы, началась деструкция поверхности выравнивания и поднятие отдельных ее участков на разные гипсометрические уровни [Rasskazov et al., 2000; Ivanov & Demonterova 2009; Arzhannikova et al., 2011], что привело к формированию современного рельефа. При этом эрозионные процессы в хребтах почти полностью уничтожили остатки пенеплена. Окинское же плоскогорье «законсервировалось» между горными хребтами и не претерпело значительных морфологических изменений на плиоцен-четвертичном этапе, продолжая обновляться с той же скоростью, не превышающей 0,02 мм/год.

Спасибо за внимание!