Магнитостратиграфия
Магнитостратиграфия - это метод геофизической корреляции, используемый для датировки осадочных и вулканических последовательностей. Метод основан на сборе ориентированных проб через определенные промежутки времени по всему разрезу. Образцы анализируются для определения их характеристической остаточной намагниченности (ChRM), то есть полярности магнитного поля Земли в момент пласта отложения . Это возможно, потому что вулканические потоки приобретают термоостаточную намагниченность , а отложения приобретают остаточную намагниченность отложений , и то и другое отражает направление поля Земли во время формирования. Этот метод обычно используется для датирования толщ, в которых обычно отсутствуют окаменелости или прослои магматических пород. Это особенно полезно при корреляции глубоководной морской стратиграфии с высоким разрешением, где оно позволило подтвердить гипотезу Вайна-Мэтьюза-Морли, связанную с теорией тектоники плит .
Техника
[ редактировать ]Когда измеримые магнитные свойства горных пород изменяются стратиграфически, они могут быть основой для родственных, но разных типов стратиграфических единиц, известных под общим названием магнитостратиграфических единиц (магнитозонов) . [1] Наиболее полезным в стратиграфических работах магнитным свойством является изменение направления остаточной намагниченности горных пород, вызванное изменением полярности магнитного поля Земли . Направление остаточной магнитной полярности, зафиксированной в стратиграфической толще, может быть использовано в качестве основы для подразделения толщи на подразделения, характеризующиеся магнитной полярностью. Такие подразделения называются «единицами магнитостратиграфической полярности» или хронами. [2]
Если древнее магнитное поле было ориентировано аналогично сегодняшнему полю ( Северный магнитный полюс вблизи географического северного полюса ), пласты сохраняют нормальную полярность. Если данные указывают на то, что Северный магнитный полюс находился рядом с географическим южным полюсом , слои демонстрируют обратную полярность.
Полярность Хрон
[ редактировать ]| Сегменты пород ( пласты ) в хроностратиграфии. | Временные интервалы в геохронологии | Примечания к геохронологические единицы |
|---|---|---|
| Эонотем | Эон | Всего 4, полмиллиарда лет или больше |
| Эратем | Эра | 10 определено, несколько сотен миллионов лет |
| Система | Период | 22 определены, от десятков до ~ ста миллионов лет. |
| Ряд | Эпоха | 34 определены, десятки миллионов лет |
| Этап | Возраст | 99 определено, миллионы лет |
| Хронозона | Хрон | подразделение возраста, не используемое в шкале времени ICS |
Полярный хрон или в контексте хрон , [4] — интервал времени между сменами полярности магнитного поля Земли . [5] Это временной интервал, представленный подразделением магнитостратиграфической полярности. Он представляет собой определенный период времени в геологической истории Земли , когда магнитное поле находилось преимущественно в «нормальном» или «перевернутом» положении. Хроны нумеруются по порядку, начиная с сегодняшнего дня и увеличивая число в прошлое. Помимо числа, каждый хрон разделен на две части, обозначенные «n» и «r», тем самым показывая положение полярности поля. Хроны также обозначаются заглавной буквой ссылочной последовательности, например «C». Хрон — это время, эквивалентное хронозоне или зоне полярности.
Когда интервал составляет менее 200 000 лет, его называли «полярным субхроном». [5] хотя в 2020 году этот термин был переопределен и теперь его приблизительная продолжительность составляет от 10 000 до 100 000 лет, а полярность хрона - приблизительная продолжительность от 100 000 до миллиона лет. [6] Другие используемые термины: «Мегахрон» продолжительностью от 10 8 и 10 9 лет, Суперхрон продолжительностью от 10 7 и 10 8 лет и Критохрон продолжительностью менее 3×10 4 годы. [6]
Хроновая номенклатура
[ редактировать ]Номенклатура последовательности интервалов полярности, особенно когда изменения кратковременны или не универсальны (магнитное поле Земли сложное), является сложной задачей, поскольку каждое новое открытие должно быть добавлено (или, если оно не подтверждено, удалено). Две стандартизированные последовательности морских магнитных аномалий - это «С-последовательность» и «М-последовательность» и охватывают период от средней юры до настоящего времени. [7] Соответственно, основная серия хронов C-полярности простирается назад от текущего C1n, обычно называемого Брюнесом, с самым последним переходом в C1r, обычно называемым Матуяма, 0,773 млн лет назад , что представляет собой разворот Брюнеса-Матуямы . Последовательность C (для кайнозойской эры) заканчивается меловым нормальным суперхроном, названным C34n, который при калибровке возраста произошел при 120,964 млн лет назад и продолжался до хрона C33r при 83,650 млн лет назад, который определил сантонский геологический возраст. [8] Серия M определяется от M0 с полной меткой M0r на отметке 121,400 млн лет назад, что является началом апта, до M44n.2r, то есть до 171,533 млн лет назад в аалене . [9]
Подразделения последовательностей также имеют определенную номенклатуру, поэтому C8n.2n является второй старейшей нормальной полярностью.субхрон, включающий хрон C8n нормальной полярности и самый молодой криптохрон, императорский криптохрон, называется C1n-1. [10] Некоторые термины в литературе, такие как M-1r, для описания предполагаемого кратковременного разворота около 118 млн лет назад, являются предварительными. [9]
Процедуры отбора проб
[ редактировать ]Ориентированные палеомагнитные образцы отбираются в полевых условиях с помощью колонкового бурения или в виде ручных проб (кусков, отколовшихся от поверхности скалы). Чтобы усреднить ошибки выборки, с каждого места отбора проб отбирают минимум три пробы. [11] Расстояние между точками отбора проб внутри стратиграфического разреза зависит от скорости отложения и возраста разреза. В осадочных слоях предпочтительной литологией являются аргиллиты , аргиллиты и очень мелкозернистые алевролиты , поскольку магнитные зерна более мелкие и с большей вероятностью ориентируются в окружающем поле во время отложения. [2]
Аналитические процедуры
[ редактировать ]Образцы сначала анализируются в их естественном состоянии для определения их естественной остаточной намагниченности (NRM). Затем NRM поэтапно удаляется с использованием методов термического размагничивания или размагничивания переменным полем, чтобы выявить стабильную магнитную составляющую.
Затем сравниваются магнитные ориентации всех образцов с участка и определяется их средняя магнитная полярность с помощью статистики направлений , чаще всего статистики Фишера или бутстрэппинга . [11] Оценивается статистическая значимость каждого среднего значения. Широты виртуальных геомагнитных полюсов из тех мест, которые были определены как статистически значимые, нанесены на график в зависимости от стратиграфического уровня, на котором они были собраны. Эти данные затем преобразуются в стандартные черно-белые магнитостратиграфические колонки, в которых черный цвет указывает на нормальную полярность, а белый — на обратную полярность.
Корреляция и возраст
[ редактировать ]
Поскольку полярность слоя может быть только нормальной или обратной, изменения в скорости накопления отложений могут привести к тому, что толщина данной зоны полярности будет варьироваться от одной области к другой. В связи с этим возникает проблема, как соотнести зоны одинаковой полярности между разными стратиграфическими разрезами. Во избежание путаницы по крайней мере один изотопный возраст необходимо получить из каждого разреза. В отложениях его часто получают из слоев вулканического пепла . В противном случае можно связать полярность с биостратиграфическим событием, которое в других местах коррелировало с изотопным возрастом. С помощью независимого изотопного возраста или возрастов местная магнитостратиграфическая колонка коррелируется с временной шкалой глобальной магнитной полярности (GMPTS). [1]
Поскольку возраст каждого разворота, показанного в GMPTS, относительно хорошо известен, корреляция устанавливает многочисленные временные рамки в стратиграфическом разрезе. Этот возраст обеспечивает относительно точные даты таких особенностей горных пород, как окаменелости , изменения в составе осадочных пород, изменения в среде осадконакопления и т. д. Они также ограничивают возраст сквозных особенностей, таких как разломы , дайки и несогласия .
Скорость накопления осадков
[ редактировать ]Возможно, самое эффективное применение этих данных — определение скорости накопления отложений. Это достигается путем построения графика возраста каждого разворота (в миллионах лет назад) в зависимости от стратиграфического уровня, на котором обнаружен разворот (в метрах). Это дает скорость в метрах на миллион лет, которую обычно переписывают в миллиметры в год (что соответствует километрам на миллион лет). [2]
Эти данные также используются для моделирования скорости опускания бассейна . Знание глубины залегания нефтематеринской породы углеводородов под толщами, заполняющими бассейн, позволяет рассчитать возраст, в котором нефтематеринская порода прошла через окно генерации и началась миграция углеводородов. Поскольку возраст пересекающих ловущих структур обычно можно определить по магнитостратиграфическим данным, сравнение этих возрастов поможет геологам-коллекторам определить, вероятна ли игра в данной ловушке. [12]
Изменения скорости осадконакопления, выявляемые с помощью магнитостратиграфии, часто связаны либо с климатическими факторами, либо с тектоническими событиями в близлежащих или отдаленных горных хребтах. Доказательства, подтверждающие эту интерпретацию, часто можно найти, ища тонкие изменения в составе пород в разрезе. Для такого типа интерпретации часто используются изменения в составе песчаника.
Сиваликская магнитостратиграфия
[ редактировать ]Речная толща Сивалик (мощность ~6000 м, возраст от ~20 до 0,5 млн лет назад) представляет собой хороший пример применения магнитостратиграфии для устранения путаницы в континентальных записях окаменелостей. [13]
См. также
[ редактировать ]- Биостратиграфия
- Хемостратиграфия
- Хроностратиграфия
- Циклостратиграфия
- Литостратиграфия
- Тектоностратиграфия
- Палеомагнетизм
Примечания
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Опдайк и Чаннел 1996 , Глава 5
- ^ Jump up to: а б с Батлер 1992 , Глава 9
- ^ Коэн, К.М.; Финни, С.; Гиббард, PL (2015), Международная хроностратиграфическая карта (PDF) , Международная комиссия по стратиграфии .
- ^ Ogg 2020 , стр. 160 отмечает потенциальную двусмысленность, поскольку «Хрон в Международном стратиграфическом справочнике обозначает формальное подразделение геологического этапа»
- ^ Jump up to: а б Маршак, Стивен, 2009, Основы геологии, WW Norton & Company, 3-е изд. ISBN 978-0393196566
- ^ Jump up to: а б Огг 2020 , стр.161 Таблица 5.1
- ^ Огг 2020 , стр. 161.
- ^ Ogg 2020 , Таблица 5.2. Названные геомагнитные экскурсии и хроны основных полярностей четвертичного периода, Таблица 5.3: Расстояния и возрастная модель морских магнитных аномалий C-последовательности.
- ^ Jump up to: а б Ogg 2020 , Таблица 5.4: Расстояния до морских магнитных аномалий М-последовательности и калибровка возраста
- ^ Огг 2020 , стр. 164.
- ^ Jump up to: а б Токс 1998 , Глава 3
- ^ Рейнольдс 2002
- ^ Деннелл, Р; Коард, Р; Тернер, А. (2006). «Биостратиграфия и зонирование магнитной полярности холмов Пабби, северный Пакистан: верхний Сивалик (пинджорский ярус) речная последовательность верхнего плиоцена-нижнего плейстоцена» (PDF) . Палеогеография, Палеоклиматология, Палеоэкология . 234 (2–4): 168–85. дои : 10.1016/j.palaeo.2005.10.008 .
Ссылки
[ редактировать ]- Батлер, Роберт Ф. (1992). Палеомагнетизм: магнитные домены геологических террейнов . Первоначально опубликовано Blackwell Scientific Publications . ISBN 978-0-86542-070-0 . Архивировано из оригинала 18 февраля 1999 г. Проверено 16 сентября 2011 г.
- Опдайк, Нил Д.; Чаннел, Джеймс ET (1996). Магнитная стратиграфия . Академическая пресса . ISBN 978-0-12-527470-8 .
- Токс, Лиза (1998). Палеомагнитные принципы и практика . Академическое издательство Kluwer . ISBN 0-7923-5258-0 .
- Рейнольдс, Джеймс Х. (2002). «Магнитостратиграфия добавляет временное измерение к анализу бассейна» . Статья о поиске и обнаружении № 40050 . Американская ассоциация геологов-нефтяников . Проверено 16 сентября 2011 г.
- Огг, Дж.Г. (2020). «Временная шкала геомагнитной полярности» (PDF) . Геологическая шкала времени 2020 . 1 : 159–192. дои : 10.1016/B978-0-12-824360-2.00005-X .
