CC BY
6
УЧЕНЫЕ ЗАПИСКИ КАЗАНСКОГО УНИВЕРСИТЕТА. СЕРИЯ ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ
2023, Т. 165, кн. 4 С. 550-562
ISSN 2542-064X (Print) ISSN 2500-218X (Online)
ОРИГИНАЛЬНАЯ СТАТЬЯ
УДК 550.384
doi: 10.26907/2542-064Х.2023.4.550-562
ПЕРВЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ТЕСТА ВНУТРИФОРМАЦИОННЫХ КОНГЛОМЕРАТОВ В КАТАВСКОЙ СВИТЕ ПОЗДНЕГО РИФЕЯ (ЮЖНЫЙ УРАЛ)
Н.П. Парфиръев, К.Н.Данукалов, И.В. Голованова, С.А.Дьякова
Институт геологии Уфимского федерального исследовательского центра РАН,
С целью проверки времени образования высокотемпературной компоненты (ВТК) естественной остаточной намагниченности ) известняков позднерифейской катавской свиты на Южном Урале выполнены детальные петрографические, электронно-микроскопические и палеомагнитные исследования плоскообломочных синседиментационных карбонатных брекчий из трех блоков пород - один блок из обнажения в г. Миньяр и два блока из обнажения в г. Катав-Ивановск. Петрографические и электронно-микроскопические исследования показали, что гальки соответствуют по составу вмещающему матриксу, что дает возможность применения теста внутриформационных конгломератов. Во всех изученных блоках распределение палеомагнитных направлений для галек в целом хаотичное, кучность не превышает 3, что соответствует положительному тесту галек Грэхэма. Средние ^ галек имеют большой овал доверия и значительно отличаются от более кучных направлений в матриксе. Дополнительно к двум блокам из г. Катав-Ивановск применен критерий Ходжеса-Айне, а к блоку из г. Миньяр - критерий Рэлея. Полученные на данном этапе исследований результаты могут свидетельствовать о первичной природе ВТК намагниченности катавских известняков.
Ключевые слова: палеомагнетизм, высокотемпературная компонента намагниченности, тест галек, Южный Урал, верхний рифей, катавская свита.
Катавская свита верхнего рифея является уникальным объектом для палеомагнитных исследований на Южном Урале. Обусловлено это качественным магнитным сигналом и выделением в разрезе записи большого количества инверсий геомагнитного поля [1-7]. Для корректного изучения инверсий древнего геомагнитного поля необходимо доказать синхронность высокотемпературной компоненты (ВТК) ^ времени образования пород. В случае доказательства синхронности образования ВТК ^ катавская свита может иметь большое значение для корреляции рифейских отложений, а также стать хорошим палеомаг-нитным временным репером в неопротерозойской истории Земли и дать важную информацию об особенностях поведения геомагнитного поля в позднем докембрии.
Палеомагнитное изучение катавской свиты началось в 1960-х гг., но до сих пор, несмотря на немалое количество работ, посвященных данной теме [1-5],
г. Уфа, 450077, Россия
Аннотация
Введение
нет однозначного мнения о времени формирования древней характеристической намагниченности слагающих ее пород. Начиная с первых работ P.A. Комиссаровой [1], распространено мнение о метахронной природе Jn пород катавской свиты. Связанно это с близостью средних палеомагнитных направлений Jn, выделенных в породах катавской свиты, с направлением геомагнитного поля позд-некаменноугольно-пермского времени (эпохи Киама). Тот факт, что именно в это время в рассматриваемом регионе имели место активные тектонические процессы, связанные с закрытием Уральского океана [8] и формированием Пангеи, является косвенным аргументом в пользу вторичности древней намагниченности катавской свиты.
Позднее В.Э. Павлов и И. Галле [5], используя современное оборудование и методику, представили новые весомые аргументы в пользу первичности ВТК Jn, такие как: независимость направления характеристической компоненты от магнитной минералогии, отличие катавских палеомагнитных направлений от направлений в подстилающей и перекрывающей свитах, наличие в катавской свите тренда смещения наклонения Jn снизу вверх по разрезу и близость па-леомагнитного полюса катавской свиты к неопротерозойским палеомагнитным полюсам северо-запада Восточно-Европейской платформы.
Эти аргументы были подтверждены в работах сотрудников лаборатории геофизики Института геологии Уфимского федерального исследовательского центра (ИГ УФИЦ) РАН, а также дополнены новыми данными. В частности, была проведена корреляция магнитных зон в значительно удаленных между собой и находящихся в районах с несколько разной геологической историей разрезах катавской свиты в районе г. Миньяр, г. Юрюзань и д. Галиакберово. Также был прослежен тренд смещения палеомагнитных направлений не только по мощности разреза катавской свиты, а вплоть до нижней части вышележащей инзер-ской свиты [6, 7]. Всего за многолетнюю историю палеомагнитного изучения отложений катавской свиты было получено много косвенных аргументов «за» синхронность ВТК Jn, но точку мог бы поставить один из двух прямых палеомагнитных тестов: тест складки, использующий первичные деформации (складки оползания), или тест внутриформационных конгломератов. В настоящей работе мы приведем первые результаты теста внутриформационных конгломератов, которые могут свидетельствовать в пользу первичности Jn отложений катавской свиты.
1. Объекты и методы исследований
Позднерифейская катавская свита сложена известняками, часто со строматолитами и микрофитолитами, их глинистыми разностями и мергелями, с редкими тонкими прослоями глинистых сланцев и алевролитов [9]. Характерными особенностями свиты является пестрая окраска, тонкая (местами ленточная) слоистость. Благодаря особенностям состава и биостратиграфическим признакам катавская свита используется в качестве надежного корреляционного репера.
Для исследования были отобраны три блока плоскообломочных синсе-диментационных карбонатных брекчий из обнажений в гг. Миньяр и Катав-Ивановск (рис. 1). Гальки в брекчиях представлены угловатыми и реже
окатанными, несортированными, сильносцементированными обломками, размер которых варьирует от 2-3 х Ю мм до 0.5 х 7 см (рис. 1, в).
Рис. 1. а) Схематическая карта Южного Урала по [10], красными звездами обозначены места отбора проб: 1 - г. Миньяр, 2 - г. Катав-Ивановск; б) упрощенная стратиграфическая колонка последовательности Каратауской группы Южного Урала; в) образец синсе-диментационной брекчии (г. Миньяр)
Первый блок («а»), был отобран в г. Миньяр (рис. 1, обн. 1) из аллювиальных развалов вблизи обнажения, в связи с этим элементы залегания галек и матрикса выбраны условно. Блоки «б» и «в» из г. Катав-Ивановска (рис. 1, обн. 2) содержат плоскогалечные брекчии, которые преимущественно залегают в той же плоскости, что и вмещающая порода (матрикс). Всего из трех блоков конгломератов извлечено 96 галек (из них в 85 удалось выделить ВТК 1п) и 27 образцов матрикса (22 гальки и 18 образцов матрикса из блока «а», 63 гальки и 9 образцов матрикса из блоков «б» и «в»).
Образцы галек были подготовлены в виде пластин с линейными размерами 1.0-1.5 см и толщиной 0.3-1.0 см, образцы матрикса подготавливали под стандартный держатель спин-магнитометра Ж-6 размером 2*2см.
Палеомагнитные исследования проводили по общепринятой методике. Измерения 3 выполнялись в Центре коллективного пользования Института
физики Земли (ИФЗ) им. О.Ю. Шмидта РАН (г. Москва) на криогенном магнитометре (2G Enterprises, США) (гальки) и в лаборатории геофизики ИГ УФИЦ РАН (г. Уфа) на спин-магнитометре JR-6 (Agico, Чехия) (матрикс). Ступенчатое терморазмагничивание Jn образцов производили в немагнитных печах MMTD-80 (Magnetic Measurements, Великобритания) в ИФЗ РАН и TD48 (ASC Scientific, США) в ИГ УФИЦ РАН. Обработка результатов измерений естественной остаточной намагниченности выполнена с помощью пакета программ Р.Дж. Энкина [11] и PMTools [12].
При проведении теста внутриформационных конгломератов в первую очередь необходимо быть уверенным в том, что гальки соответствуют по составу вмещающему матриксу [4, 13]. Для этого проводили петрографические и электронно-микроскопические исследования. Петрографические шлифы из блоков «а» и «б» описаны с помощью поляризационного микроскопа МИН-8. Электронно-микроскопические исследования проведены в аншлифах размером 1.5 х 1.5 см со всех трех блоков на сканирующем электронном микроскопе Tescan Vega 4 Compact с энергодисперсионным анализатором Xplorer 15 (Oxford Instruments, Великобритания) в ИГ УФИЦ РАН. Обработку спектров проводили автоматически с помощью программного пакета AzTec One (Oxford Instruments, Великобритания).
3.1. Петрографические и электронно-микроскопические исследования.
По результатам петрографического исследования установлено, что основная масса породы сложена пелитоморфным карбонатным материалом, но участками с угловатыми крупными карбонатными зернами. Основная масса породы равномерно ожелезнена. Гальки представлены пелитоморфной карбонатной массой, но с примесью кварцевых зерен. Галька пронизана тонкими углеродисто-глинистыми слойками.
По результатам электронно-микроскопических исследований двух образцов брекчий, отобранных из обн. 1 и обн. 2 установлено, что основная масса породы представлена кальцитом (рис. 2). В виде хорошо раскристализованных минералов часто отмечаются гематит, магнетит, и барит, в редких зернах титаномагне-тит. Из числа акцессорных минералов установлены рутил, апатит и циркон.
Рис. 2. Электронное BSE-изображение карбонатных пород катавской свиты. Условные обозначения: Ар - апатит, Brt - барит, Cal - кальцит, Нет - гематит, Mag - магнетит, Qz - кварц, Rt - рутил, Sd- сидерит, Zrn - циркон
3. Результаты и их обсуждение
г. Катав-Ивановск
г. Миньяр
При определении элементного состава кальцита не установлено значительной разницы в зернах матрикса и гальки (табл. 1). В отобранных образцах распределение основных элементов по содержанию следующее: углерод варьирует в пределах 21.03-19.34% (г. Катав-Ивановск) и 19.85-19.38% (г. Миньяр), т.е. для последнего характерны меньшие значения и короткий диапазон разброса. Содержание кислорода для образцов достаточно близкое - 60.99-59.65%. Для кальция наблюдается более выраженный разброс в значениях от 15.37% до 20.93%. В качестве примесей установлены (0.31-1.20%), А1 (0.27-1.87%), 81 (0.07-2.15%), Бе (0.10-0.96%), Мп (0.07%), К (0.07-0.60%).
В целом для пород характерен достаточно близкий химический состав, что отражает сходство галек и вмещающего матрикса и позволяет использовать данные образцы карбонатных пород для проведения теста внутриформационных конгломератов.
Табл. 1
Элементный состав кальцита (атомные проценты)
Элемент Катав-Ивановск Миньяр
Матрикс Галька Матрикс Галька
С 20.70 19.86 19.98 19.34 20.01 21.03 19.85 19.40 19.82 19.43 19.38 19.49
О 60.68 59.96 60.02 60.99 60.34 60.89 59.65 59.74 60.09 60.03 59.69 59.78
Мё 0.31 1.20 1.19 0.31 0.41 0.46 0.20 0.23 0.41 0.41
А1 0.76 0.11 1.34 0.33 0.37 0.27 1.10 1.87
81 2.15 0.53 0.61 0.07
Са 16.42 18.38 18.50 15.37 18.18 16.45 19.92 16.70 17.86 16.70 20.93 20.30
Бе 0.69 0.50 0.24 0.14 0.12 0.10 0.96 0.44 0.96
Мп 0.07
К 0.19 0.35 0.07 0.09 0.60 0.37 0.60
Всего 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100
3.2. Палеомагнитные исследования. В некоторых образцах качество па-леомагнитного сигнала в породах оставляет желать лучшего, что, по-видимому, связано с малым размером образцов. Однако в подавляющем большинстве случаев сигнал вполне приемлемый (рис. 3). В шести образцах вообще не удалось выделить компоненты, в результате чего они были отбракованы, а пять образцов разрушились в ходе эксперимента. Распределение палеомагнитных направлений галек на полученных стереограммах в целом хаотичное, но в некоторых случаях отдельные образцы образуют небольшие группы. Тем не менее, во всех трех блоках кучность не превышает 3, что соответствует положительному тесту галек Грэхэма [14]. Средние направления имеют большой овал доверия и значительно отличаются от более кучных направлений в матриксе (рис. 4, табл. 2). К сожалению, получить достаточно представительную коллекцию образцов матрикса из второго блока, отобранного в районе г. Катав-Ивановск («в») не удалось, в связи с этим в работе представлена только стереограмма с распределением векторов образцов галек (рис. 5).
Рис. 3. Примеры ступенчатого терморазмагничивания образцов матрикса и галек отложений катавской свиты в стратиграфической системе координат, g 12 и g 13 - образцы матрикса и гальки из блока «а», V 22 - образец гальки из блока «б». Белые и черные точки -проекции векторов Л"п на вертикальную и горизонтальную плоскости соответственно. Значения температуры нагрева приведены в °С
Рис. 4. Направления ВТК Л"п образцов галек и матрикса в стратиграфической системе координат: а - блок из района г. Миньяр; б - блок из района г. Катав-Ивановск. Белые и черные точки на стереограммах - проекции вектора на нижнюю и верхнюю полусферы соответственно, красная пунктирная линия - диаметр для применения критерия Ходжеса-Айне
Табл. 2
Направления ВТК ^ образцов галек и матрикса в географической и стратиграфической системах координат
Блок Гальки
N Б % I % К % И95 N Б I К а95
«а» 22 24.7 -37 1.6 40.8 22 24.7 -37 1.6 40.8
«б» 27 335.3 -27 1.5 38.9 27 336.2 9 1.5 37.4
«в» 36 13.6 -33.8 1.7 28.8 36 10.7 -22 1.7 28.8
Мат] эикс
«а» 18 204 44.7 24.3 7.2 18 204.4 45.6 24.3 7.2
«б» 9 24.1 -1.3 26.9 10.1 9 26.5 20.1 26.9 10.1
Рис. 5. Направления ВТК-намагниченности образцов галек в географической (а) и стратиграфической (б) системах координат для блока «в», отобранного в районе г. Катав-Ивановск. Белые и черные точки на стереограммах - проекции вектора на нижнюю и верхнюю полусферы соответственно, красная пунктирная линия - диаметр для применения критерия Ходжеса-Айне
Полученный результат соответствует двум основным признакам, наличие которых необходимо для проведения теста внутриформационных конгломератов: это малая кучность палеомагнитных направлений в образцах галек и их отличие от средних направлений в образцах матрикса [4]. Кроме того, данные проверены с использованием критериев Рэлея и Ходжеса-Айне [15, 16].
К каждому из исследуемых блоков применяли различные критерии равномерности, зависящие от расположения галек в матриксе. Критерий Рэлея был применен к блоку из г. Миньяр («а»), т.к. внутриформационные гальки в нем расположены хаотично. Для блоков («б», «в») из г. Катав-Ивановск, гальки в которых расположены субпараллельно напластованию, мы сочли более подходящим критерий Ходжеса-Айне.
Количество (Ы) и кучность (К) палеомагнитных векторов галек связаны с вектор-результантом (И) соотношением 1:
К = №-1)/(М-К), (1)
откуда следует:
Нормированный вектор-результант:
г = И/М (3)
Для блока «а» были получены значения: вектор-результант И = 8.88 и нормированный вектор-результант г = 0.4. После этого объем выборки и нормированный вектор-результант сравнивались с таблицей критических значений Рэлея [15]. Полученные значения г позволяют утверждать, что направления извлечены из циклически равномерного распределения с уровнем значимости 0.025.
Блоки «б» и «в», как было отмечено выше, отобраны из плоскогалечных конгломератов, в которых, очевидно, плоские гальки имели тенденцию к выравниванию по поверхности напластования. Поэтому в отношении их был применен критерий равномерности распределения ориентировок в двумерном пространстве Ходже са-Айне, согласно которому на круговой диаграмме проводится диаметр таким образом, чтобы по одну сторону от него находилось минимальное количество направлений. В нашем случае для блока «б» этот диаметр расположен приблизительно с юго-запада на северо-восток, а для блока «в» - с северо-запада на юго-восток. По одну сторону от этого диаметра должно находиться количество точек, не меньшее минимальных критических значений. С учетом общего количества векторов для стереограммы «б» - это 5 точек, а для стереограммы «в» - 7 точек. Согласно таблице критических значений [16] эти результаты соответствует уровню значимости 0.01.
Очевидно (рис. 4 и 5), что для блоков «б» и «в» наблюдается тенденция к преимущественному группированию векторов компонент в северной полусфере стереограммы по отношению к южной. Это ухудшает соответствие распределения векторов критерию Ходжеса-Айне. На наш взгляд, такое распределение возможно по двум причинам. Во-первых, из-за малого размера галек на них мог попасть материал матрикса, который систематически «стягивал» направление результирующего вектора «в свою сторону». Во-вторых, гальки такого типа в основном образуются в приливно-отливной зоне [17]. Во время отлива частично консолидированный осадок растрескивается и затем или оседает на подстилающий, более мягкий слой, или смывается с краев на еще более нижние слои. В любом случае большинство галек располагаются субпараллельно напластованию матрикса (что и наблюдается во всех трех блоках), а также весьма вероятно, что большая часть галек не перевернется и не очень сильно развернется в горизонтальной плоскости. Это может исказить математическое соответствие критериям равномерности распределения.
По мнению авторов, тест внутриформационных конгломератов в катавской свите в первом приближении можно считать положительным. Полученные на данном этапе исследований результаты, хотя и рассматриваются как предварительные, могут свидетельствовать о первичности намагниченности пород катавской свиты. Для получения более убедительных результатов необходимо найти как минимум еще один образец конгломерата (брекчии), выделить из него более представительную коллекцию галек и повторно провести тест внутриформационных конгломератов с учетом уже полученного авторами опыта выполнения такого рода работ.
Заключение
По результатам изучения плоскообломочных синседиментационных карбонатных брекчий из трех блоков пород позднерифейской катавской свиты на Южном Урале проведен тест внутриформационных конгломератов.
С использованием петрографических и электронно-микроскопических исследований показано, что гальки конгломератов являются внутриформационны-ми. Во всех изученных блоках результат теста галек Грэхэма положительный. Кучность распределения векторов ВТК Jn галек не превышает 3, их средние направления имеют большой овал доверия и значительно отличаются от более кучных направлений в матриксе. Кроме того, к блоку из г. Миньяр применен критерий Рэлея, а к двум блокам из г. Катав-Ивановск - критерий Ходжеса-Айне. Полученные на данном этапе исследований результаты могут свидетельствовать о первичной природе естественной остаточной намагниченности катавских известняков. Однако вопрос о синхронности естественной остаточной намагниченности катавских известняков слишком важен и требует дальнейшего изучения. Для получения более уверенного результата требуется найти новые образцы конгломерата (брекчии), выделить из них более представительную коллекцию галек и повторно провести тест внутриформационных конгломератов.
Благодарности. Авторы выражают благодарность В.Э. Павлову за предоставление коллекции образцов из обнажения в г. Катав-Ивановск и ценные консультации в процессе проведения эксперимента, а также сотрудникам лаборатории главного геомагнитного поля и петромагнетизма ИФЗ им. О.Ю. Шмидта РАН (г. Москва) за практическую помощь в проведении работы.
Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РНФ, проект № 23-27-00018, https://rscf.ru/project/23-27-00018/.
Литература
1. Комиссарова P.A. Исследование древней намагниченности некоторых осадочных пород Южного Урала в связи с проблемой метахронного перемагничивания: дис. ... канд. физ.-мат. наук. М.: ИФЗ РАН СССР, 1970. 140 с.
2. Данукалов Н.Ф., Комиссарова P.A., Михайлов П.Н. Палеомагнетизм рифея и венда Южного Урала II Стратотип рифея. Палеонтология. Палеомагнетизм: труды ГИН АН СССР / отв. ред. Б.М. Келлер. М.: Наука, 1982. Вып. 368. С. 121-161.
3. Шипунов C.B. Палеомагнетизм катавской свиты, Южный Урал II Физика Земли. 1991. № 5. С. 38-50.
4. Шипунов C.B. Основы палеомагнитного анализа: теория и практика. М.: Наука, 1993. 159 с.
5. Павлов В.Э., Галле И. Известняки катавской свиты: уникальный пример перемагничивания или идеальный регистратор неопротерозойского геомагнитного поля? II Физика Земли. 2009. № 1. С. 33-43.
6. Данукалов КН., Голованова И.В., Сальманова Р.Ю., Парфирьев Н.П. Палеомагнит-ное изучение красноцветных пород верхнего рифея Южного Урала II Геологический вестник. 2020. Вып. 3. С. 47-54. http://doi.org/10.31084/2619-0087/2020-3-3.
7. Golovanova I.V., Danukalov K.N., Salmanova R.Yu., Levashova N.M., Parfiriev N.P., Sergeeva N.D., Meert J.G. Magnetic field hyperactivity during the early Neo-
proterozoic: A paleomagnetic and cyclostratigraphic study of the Katav Formation, southern Urals, Russia // Geosci. Front. 2023. V. 14, No 4. Art. 101558. https://doi.Org/10.1016/j.gsf.2023.101558.
8. Пучков B.H. Геология Урала и Приуралья (актуальные вопросы стратиграфии, тектоники, геодинамики и металлогении). Уфа: ДизайнПолиграфСервис, 2010. 280 с.
9. Козлов В.И. Верхний рифей и венд Южного Урала. М.: Наука, 1982. 128 с.
10. Государственная геологическая карта Российской Федерации и сопредельной территории республики Казахстан. Карта дочетвертичных образований. Масштаб 1:1000000. Новая серия. Лист N-40(41) (Уфа) / под ред. В.И. Козлова. СПб.: ВСЕГЕИ, 2001.
11. Enkin R.J. A computer program package for analysis and presentation of paleomagnetic data. Sidney, B.C.: Рас. Geosci. Cent., Geol. Surv. Can., 1994. 16 p.
12. Ефремов И.В., Веселовский P.B. PMTools: новое программное обеспечение для анализа палеомагнитных данных // Физика Земли. 2023. № 5. С. 150-158. https://doi.org/10.31857/S0002333723050022.
13. Шипунов С.В., Муравьев A.A. Критерии равномерности для сферических данных в палеомагнетизме // Физика Земли. 1997. № 12. С. 71-82.
14. Graham J.W. The stability and significance of magnetism in sedimentary rocks // J. Geophys. Res. 1949. V. 54, No 2. P. 131-167. https://doi.org/10.1029/JZ054i002p00131.
15. Дэвис Дж.К. Статистический анализ данных в геологии: в 2 кн. M.: Недра, 1990. Кн. 1. 319 с. Кн. 2. 427 с.
16. Чини Р.Ф. Статистические методы в геологии. M.: Мир, 1986. 189 с.
17. Carbonate Depositional Environments / Ed. by P.A. Scholle, D.G. Bebout, C.H. Moore. Tulsa, OK: Am. Assoc. Pet. Geol., 1983. 708 p. https://doi.org/10.1306/M33429.
Поступила в редакцию 07.09.2023 Принята к публикации 25.10.2023
Парфирьев Никита Петрович, младший научный сотрудник лаборатории геофизики Институт геологии Уфимского федерального исследовательского центра РАН
ул. К. Маркса, д. 16/2, г. Уфа, 450077, Россия E-mail. [email protected]
Даиукалов Константин Николаевич, старший научный сотрудник лаборатории геофизики Институт геологии Уфимского федерального исследовательского центра РАН
ул. К. Маркса, д. 16/2, г. Уфа, 450077, Россия E-mail: [email protected]
Голованова Инесса Владимировна, доктор физико-математических наук, главный научный
сотрудник лаборатории геофизики
Институт геологии Уфимского федерального исследовательского центра РАН
ул. К. Маркса, д. 16/2, г. Уфа, 450077, Россия E-mail: [email protected]
Дьякова Светлана Андреевна, младший научный сотрудник лаборатории геофизики
Институт геологии Уфимского федерального исследовательского центра РАН
ул. К. Маркса, д. 16/2, г. Уфа, 450077, Россия E-mail: [email protected]
ISSN 2542-064X (Print) ISSN 2500-218X (Online)
UCHENYE ZAPISKI KAZANSKOGO UNIVERSITETA. SERIYA ESTESTVENNYE NAUKI (Proceedings ofKazan University. Natural Sciences Series) 2023, vol. 165, no. 4, pp. 550-562
ORIGINAL ARTICLE
doi: 10.26907/2542-064X.2023.4.550-562
First Results of the Intraformational Conglomerate Test of the Late Riphean Katav Formation (Southern Urals)
N.P. Parfiriev*, K.N. Danukalov**, I.V. Golovanova***, S.A. Dyakova**** Institute of Geology — Subdivision of the Ufa Federal Research Centre, Russian Academy of Sciences,
Ufa, 450077Russia
E-mail: *[email protected], "[email protected], ***[email protected],
****[email protected] Received September 7, 2023; Accepted October 25, 2023 Abstract
Detailed petrographic, electron-microscopic, and paleomagnetic studies were conducted on flat-bedded synsedimentary carbonate breccias from three blocks of rocks (one block from Minyar, two blocks from Katav-Ivanovsk) to verify the ideas about the time of formation of the high-temperature component (HTC) of natural remanent magnetization (Jn) of limestones from the Upper Riphean Katav Formation, Southern Urals. Petrographic and electron-microscopic observations revealed that the composition of pebbles corresponds to that of the host matrix rocks, thus enabling the use of an intraformational conglomerate test. In all the studied blocks, the distribution of paleomagnetic directions for pebbles is generally chaotic, with the concentration parameter not exceeding 3. These test results meet the Graham criterion. The pebbles' average Jn have a larger confidence oval and differ significantly from the matrix's directions with a much smaller confidence oval. The Hodges-Ajne test was applied to the blocks from Katav-Ivanovsk. The Rayleigh test was used for the block from Minyar. The results obtained at this stage indicate that the HTC of magnetization of the Katav limestones may have a primary origin. If this is confirmed, the Katav Formation would be a good paleomagnetic record of the Earth's Neoproterozoic history and provide valuable insights into the geomagnetic field behavior in the Late Precambrian.
Keywords: paleomagnetism, high-temperature component of magnetization, conglomerate test, Southern Urals, Upper Riphean, Katav Formation
Acknowledgements. We thank V.E. Pavlov for providing the collection of samples from the outcrop in Katav-Ivanovsk and for his guidance during the experiment, as well as our colleagues at the Laboratory of the Main Geomagnetic Field and Petromagnetism of Schmidt Institute of Physics of the Earth, Russian Academy ofSciences (Moscow) for their practical assistance.
This study was supported by the Russian Science Foundation (project no. 23-27-00018, https://rscf.ru/project/23-27-00018/).
Figure Captions
Fig. 1. a) Schematic map of the Southern Urals according to [10], where the red stars indicate the sampling sites: 1 - Minyar, 2 - Katav-Ivanovsk; b) simplified stratigraphic column of the sequence of the Karatau group, Southern Urals; c) the sample ofsynsedimentary breccia (Minyar). Fig. 2. Backscattered electronic (BSE) image of carbonate rocks of the Katav Formation. Symbols: Ap - apatite, Brt - barite, Cal - calcite, Hem - hematite, Mag - magnetite, Qz - quartz, Rt - rutile, Sd - siderite, Zrn - zircon.
Fig. 3. Examples of the Zijderveld diagrams for the studied samples of pebbles and matrix rocks of the Katav Formation in stratigraphic coordinates, g 12 and g 13 - pebbles from block "a", v 22 - pebbles from block "b". White and black points are the projections of the vectors J on the vertical and horizontal planes, respectively. Temperatures are in °C.
Fig. 4. HTC directions of Jn of the pebble and matrix samples in stratigraphic coordinates: a - the block from the area of the city of Minyar, b - the block from the area of the city of Katav-Ivanovsk. Black and white points on the stereograms indicate the projection of the vector on the upper and lower hemispheres, respectively, and the red dotted line is the diameter for applying the Hodges-Ajne test.
Fig. 5. Directions of the HTC magnetization of the pebble samples in geographic (a) and stratigraphic (b) coordinates for block "c" taken in the area ofthe city ofKatav-Ivanovsk. Black and white points on the stereograms indicate the projections ofthe vector on the upper and lower hemispheres, respectively, and the red dotted line is the diameter for applying the Hodges-Ajne test.
References
1. Komissarova R.A. A study of the ancient magnetization of some sedimentary rocks in the Southern Urals in connection in relation to the problem of metachronous magnetization reversal. Cand. Phys.-Math. Sci. Diss. Moscow, IFZ Ross. Akad. Nauk SSSR, 1970. 140 p. (In Russian)
2. Danukalov N.F., Komissarova R.A., Mikhailov P.N. Paleomagnetism ofthe Riphean and Vendian of the Southern Urals. Stratotip rifeya. Paleontologiya. Paleomagnetizm: Trudy Geol. Inst. Ross. Akad. Nauk [Riphean Stratotype. Paleontology. Paleomagnetism: Proceedings ofthe Geological Institute ofthe USSR Academy of Sciences], Keller B.M. (Ed.). Moscow, Nauka, 1982, no. 368, pp. 121-161. (In Russian)
3. Shipunov S.V. Paleomagnetism ofthe Katav Formation, Southern Urals. Fiz. Zemli, 1991, no. 5, pp. 38-50. (In Russian)
4. Shipunov S.V. Osnovy paleomagnitnogo analiza: teoriya i praktika [Basics of Paleomagnetic Analysis: Theory and Practice], Moscow, Nauka, 1993. 159 p. (In Russian)
5. Pavlov V.E., Gallet Y. Katav limestones: A unique example of remagnetization or an ideal recorder of the Neoproterozoic geomagnetic field. Izv., Phys. Earth, 2009, vol. 45, no. 1, pp. 31-40. https://doi.org/10.U34/S1069351309010054.
6. Danukalov K.N., Golovanova I.V., Salmanova R.Yu., Parfiriev N.P. Paleomagnetic study of red-colored rocks ofthe Upper Riphean in the Southern Urals. Geol. Vestn., 2020, no. 3, pp. 47-54. http://doi.org/10.31084/2619-0087/2020-3-3. (In Russian)
7. Golovanova I.V., Danukalov K.N., Salmanova R.Yu., Levashova N.M., Parfiriev N.P., Sergeeva N.D., Meert J.G. Magnetic field hyperactivity during the early Neoproterozoic: A paleomagnetic and cyclostratigraphic study of the Katav Formation, southern Urals, Russia. Geosci. Front., 2023, vol. 14, no. 4, art. 101558. https://doi.Org/10.1016/j.gsf.2023.101558.
8. Puchkov V.N. Geologiya Urala i Priural'ya (aktual'nye voprosy stratigrafii, tektoniki, geodinamiki i metallogenii) [Geology of the Urals and Cis-Urals (Current Problems of Stratigraphy, Tectonics, Geodynamics, and Metallogeny)]. Ufa, DizainPoligrafServis, 2010. 280 p. (In Russian)
9. Kozlov V.I. Verkhnii rifei i vend Yuzhnogo Urala [Upper Riphean and Vendian of the Southern Urals], Moscow, Nauka, 1982. 128 p. (In Russian)
10. Kozlov V.I. (Ed.) State GeologicalMap of the Russian Federation and the Adjacent Territory of the Republic ofKazakhstan. Map ofPre-QuaternaryFormations. Scale: 1:1 000000. NewSeries. Sheet N-40(41) (Ufa). St. Petersburg, VSEGEI, 2001.
11. Enkin R.J. A computer program package for analysis and presentation of paleomagnetic data. Sidney, B.C., Pac. Geosci. Cent., Geol. Surv. Can., 1994. 16 p.
12. Efremov I.V., Veselovskiy R.V. PMTools: New application for paleomagnetic data analysis. Izv., Phys. Earth, 2023, vol. 59, no. 5, pp. 798-805. https://doi.org/10.1134/S1069351323050026.
13. Shipunov S.V., Murav'ev A.A. Uniformity criteria for spherical data in paleomagnetism. Fiz. Zemli, 1997, no. 12, pp. 71-82. (In Russian)
14. Graham J.W. The stability and significance of magnetism in sedimentary rocks. J. Geophys. Res., 1949, vol. 54, no. 2, pp. 131-167. https://doi.org/10.1029/JZ054i002p00131.
15. Davis J.C. Statisticheskii analiz dannykh v geologii [Statistics and Data Analysis in Geology], Moscow, Nedra, 1990. Book 1, 319 p. Book 2, 427 p. (In Russian)
16. Cheeney R.F. Statisticheskie metody v geologii [Statistical Methods in Geology], Moscow, Mir, 1986. 189 p. (InRussian)
17. Scholle P.A., Bebout D.G., Moore C.H. (Eds.) Carbonate Depositional Environments. Tulsa, OK, Am. Assoc. Pet. Geol., 1983. 708 p. https://doi.org/10.1306/M33429.
Для цитирования: Парфирьев Н.П., Данукалов К.Н., Голованова И.В., Дьякова С.А. Первые результаты теста внутриформационных конгломератов в катавской свите позднего рифея (Южный Урал) // Учен. зап. Казан, ун-та. Сер. Естеств. науки. 2023. Т. 165, кн. 4. С. 550-562. https://doi.Org/10.26907/2542-064X.2023.4.550-562.
For citation: Parfiriev N.P, Danukalov K.N., Golovanova I.V., Dyakova S.A. First results of the intraformational conglomerate test of the Late Riphean Katav Formation (Southern Urals). Uchenye Zapiski Kazanskogo Universiteta. Seriya Estestvennye Nauki, 2023, vol. 165, no. 4, pp. 550-562. https://doi.Org/10.26907/2542-064X.2023.4.550-562. (InRussian)
