Геологическое строение осадочной толщи озера Байкал и реконструкции климата Центральной Азии в позднем кайнозое : На основе изучения байкальских осадков

• Автор: Карабанов, Евгений Борисович
• Шифр специальности: 04.00.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 72 с. : ил

Актуальность исследований. История формирования осадочного заполнения крупных континентальных рифтовых бассейнов, состав н особенности строения донных отложений, а также седиментационныс процессы, принимающие участие в их формировании, являются важными и актуальными проблемами не только в плане академического интереса, но и в направлении разведки и поиска месторождений углеводородного сырья в континентальных областях. Понимание процессов седиментации, анализ текстур и структур осадков в современном рифтовом бассейне позволят оценить строение и состав заполнений древних контине1ггальных рифтовых бассейнов, потенциальных для поиска нефти и газа. Второе направление исследований касается проблем реконструкции климата прошлого иа основе изучения континентальных отложений. Озерные осадки в этом плане являются аналогами морских и признаются наиболее перспективным!* для исследований палеоклиматов континентальных районов. В этом отношении изучение изменения климата Северною Полушария в кайнозое на основе байкальских отложений представляет значительный научный и практический интерес в плане использования этих данных для оценки климатических изменений ]рядущих эпох. Этот интерес обусловлен, в первую очередь, наступающим потеплением климата Земли, которое, как считают многие ученые, происходит в результате антропогенного воздействия.
Недавними исследованиями получено огромное количество длинных и детальных палеоклиматических записей. Подавляющее большинство этих записей получено из морских бассейнов. Количество длинных континентальных палеоклиматических летописей в настоящее время не значительно, а подобные записи из Азии ограничиваются лессовыми записями Китая. В гоже время для районов Северной и Центральной Азии имеется большое количество различных палеоклиматических материалов. Однако их детальность и полнота не могут сравниться с морскими и ледовыми летописями. Для лучшего понимания климатических изменений Земли необходимы детальные климатические записи из континентальных районов, поэтому особый интерес представляют данные об особенностях изменения климата в центре Евразийского континента. Отсутствие подобных материалов и послужило причиной создания проекта СО РАИ «Байкал-Буреиис», частью которого и являются данные исследования.
Цели и задачи работы. Главной целью исследования было изучение геологического строения осадочной толщи озера Байкал для получения длинных непрерывпых палеоклиматических записей из осадочной толщи озера Байкал. Следующей важной целью работы являлась проведение по этим записям реконструкции ггалеоюшматов Центральной Азии в позднем кайнозое, а также выявление особенностей климатических изменений в центральной части Евразии по сравнению с морскими регионами Земли.
Для достижения этих целей необходимо было: 1. Выявить основные элементы строения осадочного чехла озера и реконструировать ведущие обстановки седиментации в байкальской котловине, а также оценить роль тектонического фактора в формировании и сохранении осадочной записи. 2. Определить районы наиболее перспективные для получения, как коротких, но детальных, гак и длинных непрерывных палеоклиматических записей. 3. Выявить наиболее информативные палеоклиматические сигналы в осадках озера. 4. Получить осадочные керны, содержащие наиболее детальные И полные палеоклиматические записи как для интервала голоцен-последний ледниковый период, так и дня позднего кайнозоя. 5. Оценить непрерывность полученных осадочньпс разрезов и отсутствие ггереотложеннй. 6. Получить достоверную возрастную модель для полученных записей.
В ходе этой работы решались также следующие задачи:
1. Корреляция полученных разрезов между собой и разработка стратиграфической схемы ддков озера.
2. Корреляция изученных разрезов и палеоклиматических записей с известными морскими,
. товыми и континентальными разрезами и записями.
Т. Расчет спектральиых характеристик климатических сигналов, записанных в осадках озера, ■ценка роли астрономических факторов в байкальской климатической записи.
4. Выявление отличий байкальской климатической записи от известных климатических •I леей и оценка особенностей континентального ответа на изменения орбитальных параметров Земли по сравнению с морскими записями.
Научная новизна работы заключается в следующем.

1. Впервые описаны глубоководные седиментационтше процессы и реконструированы глубоководные седиментационныс обстановки континентального рифтового бассейна (о. Байкал). Оценена роль тектонического и климатического факторов в формировании осадочной толщи озера. Показано, что асимметрия строения байкальской котловины, обусловленная тектоникой, приводит к асимметричному распределению осадков в озере и асимметрии в проявлении седнментационных процессов. Построены карты-схемы глубоководных седиментации ных обстановок озера для голоцена и последнего гляциального периода.
2. Па основании изучения осадочных разрезов выявлены основные закономерности строения верхнего слоя (0-600 м) осадочного чехла озера. Выявлена ритмичная структура осадков озера, выраженная в чередовании биогенных слоев, обогащенных диатомовыми створками со слоями терриг енных осадков. Показано, что природа подобной ритмичности осадков озера обусловлена климатическими колебаниями, и что эта ритмичность прослеживается на всю глубину вскрытых осадков (начало позднего миоцена). Определено, что теплым эпохам соответствует накопление диатомовых илов, а холодным - глинистых терригеиных. Проведена корреляция всех вскрытых разрезов донных отложений озера.
3. Впервые получена детальная непрерывная 5 миллионная запись биогенного кремния и диатомовых из осадков озера Байкал, отражающая изменение климата Центральной Азии. Разрешающая способность записи составляет около 5 СЮ лет. Запись имеет подробную возрастную модель, базирующуюся на детальных палеомагнитных исследованиях осадков керна. По своей детальности, точносги возрастной модели н длительности байкальская запись не имеет аналогов среди других континентальных записей Азии и может сравниться только с морскими в ледовыми палеоклиматическими записями.
4. Проведена корреляция осадочных разрезов из озера Байкал с сибирскими стратиграфическими схемами (эпоха Брюнес). Показано сходство и отличие байкальской климатической записи со стратшрафическимн схемами плейстоцена Сибири. В байкальской записи в рамках эпохи Брюнес зафиксировано 9 ледниковых периодов, тогда как в сибирских разрезах присутствует следы только 7 оледенений. Подобные отличия записей указывает на определенную неполноту и возрастные неточности известных стратиграфических схем Сибири.
5. Проведена корреляция плиоцен-плейстоценовых палеоклиматическах осадочных записей из озера Байкал с климатостратиграфической схемой из Западной Европы (Нидерланды). Показано хорошее соответствие европейской и байкальской записей.
6. Проведена корреляция байкальской диатомовой записи с опорными морскими изотопными записями (БРЕСМАР, СЮР 677 и ООР 846), отражающими изменение объемов льда на Земле. Показана хорошая сходимость морских и байкальских записей. Практически вес климатостратиграфические зоны, намечаемые в континентальных и морских записях, присутствуют в байкальской записи. Возрастная модель байкальской записи приведена в ооответствие с возрастом эталонной морской изотопной кривой ООР677. Полученная байкальская запись может являться опорной хроностратиграфической моделью для континентальной Азии.
7. Спектральный анализ байкальских записей показал доминирование циклов в (00, 41, 23 и 19 тыс.лет. Это соответствие частот байкальской записи с орбитальными параметрами Земли указывает на астрономическую природу- климатических флуктуаций в Азии. Показана эволюция этих частот со временем. Преобладание цикла в 100 тыс.лет начинается только приблизительно с 1.3 млн.лет назад со времени начала покровных оледенений Северного Полушария. В более древних отложениях доминируют частота 41 тыс.лет. Последнее предположение хорошо согласуется с морскими записями.
8. Показано что коротко]«ериодиые колебания климата, обусловленные изменениями орбитальных параметров Земли, имели место в Азии на протяжении плейстоцена, плиоцена и позднего миоцена, однако амплитуда этих колебаний значительно возросла в плейстоцене. Начиная с 1.8 млалет похолодания климата достигли ледниковых условий, что соответствует данным по Северному Полушарию.
9. На фоне короткопериодных колебаний климата выявлены два этапа значительного похолодания климата Центральной Азии на рубежах 2.82-2.48 млн.лет и 1.75-1.45 млн.лет, которые совпадают с глобальными похолоданиями Северного Полушария. Согласно байкальской осадочной записи климат этих похолоданий соответствовал гляциальным

Бугульдейка, где проявляются все процессы характерные для подводных конусов выноса (оползни, суспензионные потоки и т. д.) и где развиты грубозернистые отложения. Отбор проб осадков на этом конусе показал наличие гравия, гальки, отложений с хаотичной текстурой и большого количества песчаных турбидитов. Сейсмические данные показывают, что тело конуса сложено акустически непрозрачными отложениями, а поверхность конуса осложнена каналами и оползневыми формами. Дистальная часть конуса имеет слабослоистое строение и волнистую поверхность. Опробование осадков в дистальной части конуса показало широкое распространение алевритовых и песчаных турбидитов.
Наклон поверхности Бугульдейского поднятия в южном направлении приводит к тому, что подводный конус реки смещен в южном направлении и его осадки не поступают в северную приподнятую часть блока. В результате этого на, северо-восточном- участке, приподнятом относительно поверхности ступени, обстановка седиментации развивается по гемипелагическому типу. Здесь накапливаются осадки преимущественно за счет осаждения из водной толщи. Отдельные редкие алевритовые турбидиты имеют мощность 0.5-5.0 см (рис. 5). Буровая скважина 1993 года была пройдена на самой приподнятой северо-восточной части поднятия вдали от подводного конуса выноса реки. Анализ осадков скважины показал, что скважина расположена вдали от зоны прямого влияния р. Бугульдёйки (Коллектив.... 1995). Опробование осадков-показало наличие алевритово-пелитовых и пелитовб-тонкоалевритовых илов: на глубину до 100 м. Присутствие турбидитов в верхних 50 м осадков не значительно (рис. 5). В голоценовых илах содержится всего один тонкоалеврйтовый турбидит мощностью 0.5 см. Более грубый состав отложений Бугульдейской перемычки, по сравнению с Академическим ; хребтом, объясняется близостью двух крупных речных дельт. Сейсмические данные показывают, что осадки северо-восточной части поднятия сложены паралельнослойстыми недеформированными отложениями (рис. 4).
Обстановки седиментации и особенности распределения осадков в озере Байкал в гляциальные периоды. Эти обстановки наиболее полно удается реконструировать для двух последних ледниковых периодов: сартанского - поздйий Вюрм илй морская изотопная'стадия 2; и зырянского - ранний Вюрм или морская изотопная стадия 4 6’ подстадйями 5a-5d (Архипов, V 1989). - ' ' • •
Однако прежде чем перейти к реконструкции обстановок седиментаций, следует рассмотреть особенности изменения климата и окружающей среды в бассейне озера в ледниковые эпохи, поскольку эти изменения играют решающую роль в смене процессов седиментации в Байкале.
Изменения условий окружающей среды озера под влиянием изменений климата. Климатические изменения, имевшие место при переходе от теплых межледниковых условий к ледниковым, приводили к значительным изменениям природных условий в водосборном бассейне озера и в самом озере. Причем эти изменения фиксируются как по материалам, получаемым при изучении наземных осадочных разрезов, так и при изучении донных отложений озера. К этим изменениям помимо хорошо известных., таких как оледенение горных хребтов, расширение зоны вечной мерзлоты, снижение температуры, иссушение климата, изменение растительных сообществ (Равский, 1972; Логачев и др., 1974; Белова, 1985 и др.) относятся изменения источников и режима жидкого и твердого стока в озеро, условий выветривания и почвообразования в водосборе и изменения в сообществе планктонных организмов озера. Все эти изменения реконструируются по осадочным летописям из озера Байкал.
Горно-долинное оледенение. Снижение инсоляции Земли в результате изменения орбитальных параметров приводило к выхолаживанию суши Северного Полушария, В тоже время океанские массы при переходе от теплых к холодным сохраняли тепло дольше,и служили источником влаги, которая аккумулировалась на уже остывшей суше, формируя покровные и горные ледники (Ruddiman, McIntyre, 1981). Горные хребты, окружающее озеро Байкал, свободны от ледников в современных условиях, однако, во время оледенений они покрывались горно-долинными ледниками. Особенно сильно оледенение охватило горные хребты (БаргузинСкий и Хамар-Дабан) восточного борта байкальской котловины. Ледники были также развиты и на Приморском хребте западного борта. По реконструкции Н. А. Логачева и др., (1974) видно, что Северная котловина озера была полностью окружена ледниками,