Определение относительного геологического возраста магматических образований: а) вулканических, б) интрузивных

Магматические породы не содержат органических остатков. Поэтому их относительный возраст можно определить только косвенным путем, учитывая взаимоотношения с осадочными породами, содержащими палеонтологические остатки. Все магматические породы делятся на две группы: интрузивные (иначе плутонические), формирующиеся на той или иной глубине, и эффузивные (вулканические) — продукты извержения магматического материала на земную поверхность или на морское дно. Интрузивные породы в свою очередь подразделяются на глубинные или абиссальные, образующиеся на больших глубинах, и полуглубинные или гипабиссальные, которые кристаллизуются ближе к поверхности Земли.

а) Вулканические породы, будучи продуктами извержения магматического материала на земную поверхность, образуют пластообразные или линзовидные тела, которые в результате многократных извержений могут формировать толщи слоистого строения или переслаиваться с пластами осадочных пород. Среди них распространены две разновидности: лавовая и пирокластическая. Лавы залегают в виде потоков длиной до десятков километров или покровов, достигающих сотен квадратных километров, их мощность составляет несколько десятков метров. Пирокластические породы (вулканические туфы), состоящие из обломочного материала, выброшенного из вулканов при взрывах, слагают пласты и линзы, которые могут иметь изменчивую мощность до нескольких сотен метров. При накоплении пирокластического материала в морских условиях образуются пласты туфов, выдержанные по простиранию и отличающиеся слоистым строением. Обычно они чередуются со слоями осадочных пород, отлагавшихся в промежутках между извержениями или же с породами смешанного состава, содержащими как вулканический, так и осадочный материал (туффиты). Такие вулканогенно-осадочные толщи нередко достигают значительной мощности в несколько километров. Относительный возраст слоистых вулканических пород устанавливается геолого-стратиграфическими методами, к ним с успехом можно применять общие принципы стратиграфического расчленения и стратиграфической корреляции, которые используются при изучении осадочных пород. По характеру залегания и взаимоотношения друг с другом, а также с осадочными породами они принципиально не отличаются от последних. Если известен возраст подстилающих и перекрывающих слоев осадочных пород, то нетрудно установить возраст залегающих среди них слоев вулканического происхождения. Иногда относительный возраст можно определить довольно точно, но большей частью он устанавливается приближенно.

б) Интрузивные.В большинстве случаев интрузивные тела прорывают складчатые слоистые толщи пород. Эти тела могут располагаться между слоями вмещающих пород и залегать с ними согласно (форма таких тел зависит от складчатой структуры вмещающих пород) или же прорывать или пересекать слоистые породы (форма таких тел не зависит от структуры последних). В обоих случаях относительный возраст интрузивных пород, независимо от формы и характера их залегания, будет моложе возраста вмещающих пород. Это очевидно, так как магма внедрилась в ранее сформировавшуюся толщу пород. Однако точно определить время образования интрузии в данном случае нельзя, можно лишь утверждать, как отмечено выше, что интрузивная порода моложе толщи, которую она прорывает, т. е. установить нижний предел ее геологического возраста.

На границе интрузивного тела и вмещающих его пород всегда наблюдаются следы контактового метаморфизма, вызванные нагреванием пород и высокой химической активностью внедрившегося магматического расплава. На контакте образуются породы иной структуры и иного минерального состава. Зону контактового метаморфизма можно наблюдать в случае, если интрузивное тело вскрыто эрозией. В рассматриваемом случае говорят об активном, или «горячем», контакте. Наличие ореола контактовых изменений свидетельствует о том, что породы, окружающие интрузивное тело, в момент внедрения магмы и образования интрузии уже были сформированы.

Для того чтобы определить возраст интрузивных пород более точно, надо найти такой участок, где кровля интрузивного тела перекрывается с размывом более молодыми осадочными или вулканическими породами, возраст которых известен. В этом случае в подошве перекрывающих пород не наблюдается признаков контактового метаморфизма, так как не было активного воздействия интрузии на эти породы. Такой контакт называют «холодным». Очевидно, что возраст интрузивного тела будет определяться интервалом между нижним пределом (возраст прорываемых пород) и верхним пределом — возрастом пород, покрывающих интрузивное тело.

Вопрос№10.

Относительная и абсолютная геохронология. Принципы и методы определения абсолютного возраста горных пород. Проблема геологической интерпретации определений радиоизотопного возраста пород.

Относительная геохронология:

Относительная геохронология определяет место геологического тела в общем разрезе стратисферы относительно международной стратиграфической шкалы.

Абсолютная геохронология:

Явление радиоактивности, открытое и изученное на рубеже XIX - XX вв. А. Беккерелем, П. Кюри знаменовало начало новой эры в геохронологии. Геологи получили надежный метод определения истинного возраста горных пород. Явление радиоактивности связано с процессом распада ядер атомов радиоактивных элементов, протекающим самопроизвольно, с постоянной скоростью, не зависящим от физико-химических явлений, происходящих в земной коре.

t=1/λ ln (1+Д/М)

, где t-абсолютное время сначала распада, λ-постоянная распада, Д-дочерние изотопы, М-материнские изотопы

Методы:

1)Урано-ториево-свинцовый метод базируется на использовании трех процессов радиоактивного распада изотопов урана и тория: 238U=>206Pb=> 235U=>207Pb, 232Th=>208Pb. Период полусраспада 238U составляет 4510 млн лет, 236U — 713 млн лет и 232Th — 15 170 млн лет. Измерив в минерале содержание радиоактивных изотопов урана и тория и радиогенных частей трех изотопов свинца, а также содержание нерадиогенного изотопа свинца 204РЬ, находят шесть изотопных отношений. Одно из них в настоящее время считается фиксированным (238U/235U= 137,7), а остальные пять (206Pb/238U, 207Pb/235U, 208Pb/232Th, 207Pb/206Pb, 206Pb/204Pb) дают возможность оценить возраст минерала. Близость всех пяти результатов свидетельствует о достоверности проведенного анализа. В том случае, когда оценки расходятся, а изотопный анализ проведен надежно, то, вероятно, содержание изотопов в минерале менялось не в результате радиоактивного распада, а вследствие утечки или привноса каких-то продуктов радиоактивных превращений.

Для определения возраста используют минералы: монацит, циркон, реже уранинит и ортит.

Преимущества. Достоинство уран-свинцовых методов заключается в том, что они дают возможность определять изотопный возраст изверженных и метаморфических пород, для которых палеонтологические методы неприменимы.

2)Свинцовый метод — наиболее старый и хорошо разработанный метод ядерной геохронологии. В настоящее время он значительно усовершенствован и используется с непременным анализом изотопного свинца на масс-спектрометре. Поэтому его нередко называют свинцово-изотопным методом. Для измерения возраста по свинцово-изотопному методу используются минералы, содержащие уран и торий.

3) Рубидий-стронциевый метод основан на очень медленном распаде радиоактивного изотопа 87Rb и превращении его в изотоп стронция 87Sr. Ныне радиоактивный изотоп рубидия составляет в среднем 27,85% природного рубидия. Период полураспада рубидия равен 47 000 млн лет.

Изотоп 87Rb присутствует в виде примеси в калиевых минералах (биотит, мусковит, лепидолит).

Недостатки. Из-за низкой скорости распада рубидия метод применяется в основном для определения возраста докембрийских и палеозойских пород.

4) Калий-аргоновый метод основан на распаде радиоактивного 40К, при котором около 12% этого изотопа превращаются в аргон 40Аr с периодом полураспада 1300 млн лет. Остальные 88% калия переходят в 40К с более высокой скоростью.

Преимущества. Применение метода объясняется тем, что калий присутствует в составе таких распространенных в природе минералов, как полевые шпаты, слюды, амфиболы,пироксены, глауконит. Метод позволяет установить абсолютный возраст не только интрузивных и эффузивных, но и осадочных пород.

Недостатки. Он пригоден лишь для тех пород, которые не подвергались достаточно сильному нагреванию (свыше 300 °С) и большому давлению.

5)Самарий- неодимовый метод основан на очень медленном распаде изотопа самария 147Sm, который встречается в смеси со стабильными изотопами 144, 148-150, 152, 154 Sm с периодом полураспада 153 млрд лет. Конечным продуктом распада является радиогенный 144Nd.

Преимущества. Считается одним из наиболее надежных для определения возраста сильно метаморфизованных раннедокембрийских пород.

Недостатки. Иногда дает заниженные значения возраста.

6)Радиоуглеродный метод базируется на определении радиоактивного изотопа 14С в органических остатках или в породах с высоким содержанием органического вещества. Этот изотоп постоянно образуется в атмосфере из азота 14N под воздействием космического излучения и усваивается живыми организмами. После отмирания происходит распад 14С и, зная скорость его распада, удается определить возраст захоронения организма. Период полураспада 14С равен 5750 лет.

Недостатки. Изотоп 14С распадается с большой скоростью, поэтому метод применим лишь для отложений, возраст которых не древнее 60 тыс. лет. Радиоуглеродный метод широко используется при изучении четвертичных отложений и в археологии.

7)Метод треков осколочного деления базируется на том, что во всех минералах, содержащих уран, возникают структурные изменения, фиксирующие пробег осколков от спонтанного деления урана. Они видны в виде треков при увеличении под микроскопом. Обычно подсчитывается плотность этих треков, т. е. их число на единицу поверхности. Чем больше возраст минерала, тем больше плотность треков при прочих равных условиях. Для определения содержания урана образец минерала облучают нейтронами. Возникают новые треки от деления присутствующего урана, вызванного нейтронами. При этом возраст минерала будет являться функцией отношения числа треков от спонтанного деления урана к числу вновь появившихся треков на единицу площади или объема.

Результаты геохронологии нуждаются в постоянном геологическом контроле из-за явления кажущегося омоложения возраста. Это вызвано частичной или даже полной потерей накопившихся дочерних изотопов из-за проявления погружения, эпох складчатости, метаморфизма, гранитизации и т. д.

Вопрос №11.