Коллекция образцов базальтов, андезибазальтов и андезитов отобрана в разных частях архипелага Земля Франца-Иосифа в ходе геологического изучения архипелага, проведенного ФГУНПП «ПМГРЭ» в 1993-2001 гг. Комплексное исследование коллекции включает радиологические определения возраста. Абсолютный возраст пород, отобранных в 2000-2001 гг., определен в ОИГГМ СО РАН Ar/Ar методом, результаты этих анализов публикуются впервые. Возраст пород, определенный другими методами, приведен по литературным данным [Грачев, 2001; Столбов, 2002]. В палеомагнитной лаборатории Мюнхенского университета выполнено комплексное исследование магнитных параметров образцов базальтов и андезитов. Исследование включало определение коэрцитивной силы, намагниченности насыщения, температур Кюри, естественной остаточной намагниченности и магнитной восприимчивости, исследование ферромагнитных минералов под микроскопом.

Образцы отобраны равномерно по всей площади архипелага, коллекция представительна для пород различного состава. Для последующего анализа оказалось удобным сгруппировать образцы в соответствии с их химическим составом и выделить несколько типов пород. Главными окислами, по которым произведено разделение, являются окислы кремния, калия, натрия, кальция, магния и титана. К первому типу (tba-1) отнесены породы, наиболее близкие по составу к океаническим базальтам срединно-океанических хребтов [Шарков и Цветков, 1987]. Далее, по возрастанию содержания кремнекислоты, выделены еще четыре типа пород. Вместе с ростом содержания кремнекислоты в этих группах резко возрастает содержание калия и натрия и уменьшается концентрация кальция и магния.

Если второй (tba-2) из выделенных типов пород трудно привязать к какой-либо конкретной геотектонической ситуации (и поэтому мы назвали его переходным), то третий (trp) весьма близок по составу к континентальным трапповым платобазальтам, образующимся в режиме растяжения континентальной коры. Четвертый тип (ban) включает образцы пород, промежуточных по составу между базальтами и трахиандезибазальтами и близких по составу типичным породам континентальных рифтов, а пятый (and) состоит из андезитов, пород начальной стадии рифтообразования. Три первых типа обобщенно можно отнести к формации толеитовых базальтов, а четвертый и пятый - к формации андезибазальтов.

Впервые в истории изучения архипелага выделено пять чередующихся периодов образования преимущественно толеитовых базальтов и пород типа андезибазальтов и андезитов. Последовательность можно представить в виде (в скобках - возраст пород, млн. лет): (220) - базальты, (145) - андезиты, (128) - базальты, (120) - андезиты, (114) - базальты (95). Отметим также, что для покровов характерны породы первого типа (tba-1), а для интрузий - второго (tba-2) и четвертого (ban). Отчетливо прослеживается смена преимущественно интрузивного магматизма (юра и начало раннего мела) эффузивным к середине раннего мела.

В лабораторных условиях получены термомагнитные кривые, выполнено температурное размагничивание естественной остаточной намагниченности образцов из коллекции, произведено изучение минералов - носителей магнетизма в микрошлифах.

Температура Кюри определена при анализе термомагнитных кривых, измеренных при насыщении. Наблюдался широкий ряд различных видов кривых. В некоторых случаях доминантным магнитным минералом, очевидно, является богатый титаном титаномагнетит с низкими точками Кюри. Кривые нагрева и охлаждения многих других образцов демонстрируют две точки Кюри. Многие изученные образцы имеют Т_с, близкую к точке Кюри магнетита. В этом случае носителем остаточной намагниченности является бедный титаном титаномагнетит.

Эксперименты по постоянному температурному размагничиванию были выполнены на высокотемпературном магнитометре с вращающейся катушкой, позволяющем непосредственно прослеживать блокировку и разблокирование естественной остаточной намагниченности (ЕОН). Многие кривые температурного размагничивания имеют сравнительно простой вид, что свидетельствует об однокомпонентном носителе намагниченности. Температура Кюри изученных образцов изменяется от значений, близких к 200°С, что соответствует температуре Кюри титаномагнетита с высоким содержанием титана до 570°С, что близко к температуре Кюри чистого магнетита. Ряд образцов демонстрируют при нагреве частичное самообращение. В них выявлено две точки Кюри, около 200 и 500°С. Пик намагниченности между 200 и 300°С совпадает с низкотемпературной точкой Кюри. Затем ЕОН практически полностью разрушается при температуре более 500°С.

Наблюдаемые под микроскопом прорастания гемоильменита в титаномагнетите являются ясным указанием на высокотемпературное окисление рудных зерен при остывании базальтов в субаэральных условиях при температуре от 500° до 600°С. При этом формируется титаномагнетит, близкий по составу к магнетиту и гемоильменит, близкий по составу к ильмениту. В случае неполного окисления, две различные фазы титаномагнетита могут существовать в образце одновременно, и две температуры Кюри наблюдаются при размагничивании. Высокая степень высокотемпературного окисления (с образованием магнетита и ильменита) наблюдается только в части образцов. В большинстве случаев наблюдается средняя степень окисления (проявляющаяся двумя точками Кюри) или даже неокисленный титаномагнетит.

Известно, что направления мезозойско-кайнозойских векторов ЕОН на архипелаге ЗФИ отклоняются от направления современного вектора магнитной напряженности не больше, чем на 10-15°. Поэтому эффективная намагниченность, в первом приближении, может рассчитываться путем алгебраического сложения ЕОН и индуктивной намагниченности. Наши данные показывают, что эффективная намагниченность толеитовых базальтов и андезитов в полтора-два раза выше, чем в породах трех промежуточных типов. При этом у толеитовых базальтов океанического типа она выше за счет высокой ЕОН, а у андезитов - за счет высокой магнитной восприимчивости.

Высокие значения магнитной восприимчивости чаще встречаются в полнокристаллических интрузивных породах. Самые высокие значения MB наблюдаются в поясе, протягивающемся от Земли Вильчека на юго-востоке до островов Циглера и Елизаветы - на северо-западе (зона Циглеровского разлома). К юго-западу от этого пояса преобладают низкие значения магнитной восприимчивости, к северо-западу наблюдаются различные значения.

Высокие значения ЕОН свойственны породам с низкими значениями точек Кюри. Низкие значения ЕОН, как правило, наблюдаются в образцах, у которых зафиксированы высокие точки Кюри. Пространственно, область развития пород с высокими точками Кюри (и низкой ЕОН) очерчивается еще более четко, чем область высокой магнитной восприимчивости, хотя в общих чертах и совпадает с ней.

При повышении содержания в породе SiO2 наблюдается закономерный переход от преобладания в качестве основного ферромагнетика титаномагнетита с высоким содержанием титана (в толеитовых базальтах) к титаномагнетиту с более высокими температурами Кюри (и с более низким содержанием титана - в базальтах траппового типа и андезибазальтах) и далее - к магнетиту (в андезитах). Титаномагнетит с высоким содержанием титана определен (по низким температурам Кюри) исключительно в эффузивных покровах, быстро остывавших после излияния. Последнее наблюдение может быть использовано в качестве косвенного признака покровов при неясной фациальной принадлежности магматического тела.

Обращает на себя внимание смена преобладающих типов кривых по мере продвижения с юго-запада на северо-восток. В поясе от Нагурской (север Земли Александры) до южной оконечности о-ва Галля преобладают кривые первого типа (титаномагнетит с высоким содержанием титана). От южного берега Земли Вильчека до о. Джексона протягивается область пород, в которых носителем магнетизма является ферромагнетик, близкий по составу к магнетиту. И, наконец, в северо-восточном районе архипелага преобладают породы с кривыми второго типа (свойственными титаномагнетиту с умеренным содержанием титана).

Из рассмотрения наших данных явственно следует, что кривые первых двух типов характерны для мелового периода магматизма, в то время как более древним образованиям юрского периода свойственны кривые третьего и четвертого типов, свидетельствующие об образовании вторичного магнетита.

Химическая и магнитоминералогическая зональность изученных пород соответствуют зонам северо-западной ориентации. Магматические тела юрского периода приурочены к зонам проницаемости северо-западного направления, фиксируемым магнитными аномалиями. Волна магматической активности мелового времени приурочена к прослеживаемой в магнитном поле зоне северо-восточного направления, относящейся ко времени, когда началось формирование приазиатской части современного Евразийского бассейна СЛО [Пискарев, 2004].

Литература

1. Грачев А.Ф. Новый взгляд на природу магматизма Земли Франца-Иосифа // Физика Земли. 2001. № 9. С. 49-61.

2. Столбов Н.М. К вопросу о возрасте траппового магматизма архипелага Земля Франца-Иосифа по радиологическим данным // Геолого-геофизические характеристики литосферы Арктического региона. Вып. 4. СПб.: ВНИИОкеангеология, 2002. С.199-204.

3. Шарков Е.В., Цветков А.А. Магматические серии и геодинамические режимы океанов и континентов. Океанический магматизм. Эволюция, геологическая корреляция / Ред. О.А. Богатиков. М: Наука, 1987. С. 6-25.

4. Пискарев А.Л. Петрофизические модели земной коры Северного Ледовитого океана / Ред. Ю.Е. Погребицкий. СПб., 2004. 134 с. (Тр. НИИГА-ВНИИОкеангеология; Т. 203).