Magnetic stratigraphy of lower devonian sediments from the island of West Spitsbergen (Frænkelryggen formation)

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The collection of paleomagnetic samples of the Lower Devonian Frænkelryggen Formation from the northwest of the island of West Spitsbergen is studied. The main carrier of the natural remanent magnetization of the studied rocks is hematite. Based on the component analysis, the prefolding, bipolar components of the natural remanent magnetization with a positive reversal test are identified. The sequence of the magnetozones of the studied section is compared with the existing world data on the Lower Devonian.

Full Text

Restricted Access

About the authors

A. G. Iosifidi

St. Petersburg Branch, Pushkov Institute of Terrestrial Magnetism, Ionosphere and Radio Wave Propagation of the Russian Academy of Sciences; Geological Institute, Russian Academy of Sciences

Email: iosag@mail.ru
Russian Federation, St.-Petersburg, 199034; Moscow, 119017

N. V. Salnaya

Geological Institute, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: natasavi@inbox.ru
Russian Federation, Moscow, 119017

References

  1. Буров Ю.П., Семевский Д.В. Основные черты тектонического строения девонского грабена (остров Щпицберген). Геология Свальбарда / В.Н. Соколов (ред.). Л.: НИИГА. 1976. С. 103–116.
  2. Гуревич Е.Л., Слауцитайс И.П. Палеомагнетизм мезозойских осадочных и интрузивных пород Западного Шпицбергена. Палеомагнетизм и аккреционная тектоника / А.Н. Храмов (ред.). Л.: ВНИГРИ. 1988. С. 18–30.
  3. Иосифиди А.Г., Храмов А.Н., Комиссарова Р.А., Плетнева А.С. Баренцево-Печорская плита в девоне: палеогеографическое положение и тектоника ее обрамления: палеомагнитные данные. Палеомагнетизм осадочных бассейнов Северной Евразии / А.Н. Храмов (ред.). 2007. С. 126–143.
  4. Иосифиди А. Г., Храмов А. Н., Комиссарова Р. А. Палеомагнетизм девонских и каменноугольных отложений архипелага Шпицберген. Палеомагнетизм и магнетизм горных пород; теория, практика, эксперимент. “Материалы международной школы-семинара “Палеомагнетизм и магнетизм горных пород” / В.П. Щербаков (ред.). СПб.: СОЛО. 2010. С. 72–78.
  5. Иосифиди А.Г., Храмов А.Н. Палеомагнетизм девонских и каменноугольных отложений о. Западный Шпицберген. К палеозойской истории обрамлений Баренцево-Карского бассейна // Физика Земли. 2013. № 5. С. 132–149.
  6. Иосифиди А.Г. Магнитостратиграфия раннедевонских отложений острова Шпицберген // Нефтегазовая геология. Теория и практика. 2015. Т. 10. № 4. http://www.ngtp.ru/rub/2/37_2015.pdf
  7. Иосифиди А.Г. Каменноугольные отложения острова Западный Шпицберген: палеомагнитные данные // Нефтегазовая геология. Теория и практика. 2022. Т. 17. № 4. http://www.ngtp.ru/rub/2022/44_2022.html
  8. Молостовский Э.А. Скалярные магнитные характеристики пород как показатели условий седиментации. Использование магнетизма горных пород при геологической съемке / Л.Е. Шолпо, Б.Ш. Русинов, М: Г. Илаев и др. (ред.). Л.: Недра. 1986. 224 с. (Методическое пособие по геологической съемке масштаба 1:50 000. Вып. 18. Всесоюз. науч.-исслед. геол. ин-т). С. 58–73.
  9. Мурашов Л.Г.,Мокин Ю.И. Стратиграфическое расчленение девонских отложений острова Шпицберген. Геология Свальбарда / Отв. ред. В. Н. Соколов. Л.: НИИГА. 1976. С. 78–91.
  10. Храмов А.Н., Гончаров Г.И., Комиссарова Р.А. и др. Палеомагнитология. Л.: Недра. 1982. 312 с.
  11. Погарская И.А., Гуревич Е.Л. Палеомагнетизм девонских пород Щпицбергена. Палеомагнетизм и аккреционная тектоника / А.Н. Храмов (ред.). Л.: ВНИГРИ. 1988. С. 6–17.
  12. Попов В.В. Пакет программ (Электронный ресурс) https://ifz-paleomag.ru/Полезные ресурсы. 2023 г.
  13. Сальная Н.В., Иосифиди А.Г. Палеомагнетизм раннедевонских отложений о. Шпицберген. Палеомагнетизм и магнетизм горных пород. Материалы XXV юбилейной Всероссийской школы-семинара по проблемам палеомагнетизма и магнетизма горных пород (с международным участием) / В.П. Щербаков (ред.). Москва–Борок, 25–29 сентября 2019 г. Ярославль: Филигрань. 2019. С. 203–208.
  14. Сироткин А.Н., Никитин Д.В. Особенности геодинамического развития девонского грабена Шпицбергена // Записки Горного института. 2011. Т. 194. C. 104–111.
  15. Стратиграфический словарь Щпицбергена / И.С. Грамберг (ред.). Л.: Недра. 1990. 203 с.
  16. Храмов А.Н., Шкатова В.К. Общая магнитостратиграфическая шкала полярности фанерозоя. Дополнения к Стратиграфическому кодексу России / А.И. Жамойда (ред.). СПб.: ВСЕГЕИ. 2000. С. 24–45.
  17. Шолпо Л.Е. Магнитная восприимчивость и ее информативность. Использование магнетизма горных пород при геологической съемке. Л.: Недра. 1986. 224 с. (Методическое пособие по геологической съемке масштаба 1:50 000. Вып. 18. Всесоюз. науч.-исслед. геол. ин-т). С. 42–47.
  18. Becker R.T., Marshall J.E.A., Da Silva A.-C. The Devonian Period, Geologic Time Scale. 2020. Elsevier. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-824360-2.00022-X.
  19. Bian W., Yang T., Jiang Z., Jin J., Gao F., Wang S. et al. Paleomagnetism of the Late Cretaceous red beds from the Far Western Lhasa Terrane: Inclination discrepancy and tectonic implications. 2020 // Tectonics. V. 39(8). P. e2020TC006280. https://doi.org/10.1029/2020TC006280
  20. Blom H., Goujet D. Thelodont scales from the lower Devonian Red Bay group, Spitsbergen // Palaeontology. 2002. V. 45(4). P. 795–820.
  21. Blomeier D., Wisshak M., Dallmann W., Volohonsky E., Freiwald A. Facies analysis of the Old Red Sandstone of Spitsbergen (Wood Bay Formation): reconstruction of the depositional environments and implications of basin development // Facies. 2003. V. 49. P. 151–174.
  22. Dallmann W.K., Piepjohn K., Ohta Y. Geological map of Svalbard 1:100 000, sheet B4G Reinsdyrflya. Norsk Polarinstitute Temakart nr. 38. 2005.
  23. Davies N. S., Berry C.M., Marshall J. E.A., Wellman C. H., Lindemann F.-J. The Devonian landscape factory: plant–sediment interactions in the Old Red Sandstone of Svalbard and the rise of vegetation as a biogeomorphic agent // Journal of the Geological Society. 2021. V. 178 (5). https://doi.org/10.1144/jgs2020-225
  24. Day R., Fuller M., Schmidt V.A. Hysteresis properties of titanomagnetites: grain-size and compositional dependence // Phys. Earth .Planet. Inter. 1977. V. 13. P. 260–269.
  25. Chadima M., Hrouda F. Remasoft 3.0 – a user-friendly paleomagnetic data browser and analyzer // Travaux Géophysiques. 2006. V. XXVII. P. 20–21.
  26. Cogne J., Halim N., Chen Y., Courtillot V. Resolving the problem of shallow magnetizations of Tertiary age in Asia: Insights from paleomagnetic data from the Qiangtang, Kunlun, and Qaidam blocks (Tibet, China), and a new hypothesis // Journal of Geophysical Research. 1999. V. 104(B8). P. 17715–17734. https://doi.org/10.1029/1999JB900153
  27. Enkin R.J. A computer program package for analysis and presentation of palaeomagnetic data // Pacific Geoscience Centre. Canada. Sidney: Geol. Survey. 1994. 16 p.
  28. Geoscience Atlas of Svalbard / Winfried K. Dallmann (ed.). Report Series № 148. Norwegian Polar Institute. 2015. 291 p.
  29. Iosifidi A.G., Mac Niocaill C., Khramov A.N., Dekkers M.J., Popov V.V. Palaeogeographic implications of differential inclination shallowing in Permo-Carboniferous sediments from the Donets basin, Ukraine // Tectonophysics. 2010. V. 490. № 3–4. P. 229–240.
  30. Jiang Z., Liu Q., Dekkers M.J., Zhao X., Roberts A.P., Yang Z., et al. Remagnetization mechanisms in Triassic red beds from South China // Earth and Planetary Science Letters. 2017. V. 479(C). P. 219–230. https://doi.org/10.1016/J.EPSL.2017.09.019
  31. Jiang Z., Liu Q., Dekkers M.J., Tauxe L., Qin H., Barrón V., Torrent J. Acquisition of chemical remanent magnetization during experimental ferrihydrite–hematite conversion in Earth-like magnetic field—Implications for paleomagnetic studies of red beds // Earth and Planetary Science Letters. 2015. V. 428. P. 1–10. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2015.07.024
  32. Jiang Z., Liu Q., Roberts A. P., Dekkers M. J., Barrón V., Torrent J., Li S. The magnetic and color reflectance properties of hematite: From Earth to Mars // Reviews of Geophysics. 2022. V. 60. P. e2020RG000698. https://doi. org/10.1029/2020RG000698
  33. Meng J., Coe R.S., Wang C., Gilder S.A., Zhao X., Liu H., et al. Reduced convergence within the Tibetan Plateau by 26 Ma? // Geophysical Research Letters. 2017. V. 44. P. 6624–6632. https://doi.org/10.1002/2017GL074219
  34. Lovlie R., Torsvik T., Jelenska M. and Levandowski M. Evidence for detrital remanent magnetization carried by hematite in Devonian Red Beds from Spitsbergen; palaeomagnetic implications // Geophys. J. R. Astron. Soc. 1984. V. 79. P. 573.
  35. Lowrie W. Identification of the ferromagnetic minerals in a rock by coercivity and unblocking temperature properties // Geophys. Res. Lett. 1990. V. 17. P. 159–162.
  36. Li S.H., Deng C., Yao H., Huang S., Liu C., He H. et al. Magnetostratigraphy of the Dali Basin in Yunnan and implications for late Neogene rotation of the southeast margin of the Tibetan Plateau // Journal of Geophysical Research: Solid Earth. 2013. V. 118(3). P. 791–807. https://doi.org/10.1002/JGRB.50129
  37. McFadden P.L., McElhinny M.W. Classification of reversal test in palaeomagnetism // Geophys. J. Int. 1990. V. 103. P. 725–729.
  38. Özdemir Ö., Dunlop D.J. Hysteresis and coercivity of hematite // J. Geophys. Res. Solid. Earth. 2014. V. 119. P. 2582–2594. doi: 10.1002/2013JB010739
  39. Opdvke N.D., Channell J.E.T. Magnetic stratigraphy. N.Y.: Acad. Press. 1996. 346 p.
  40. Zhang W., Fang X., Zhang T., Song C., Yan M. Eocene rotation of the Northeastern Central Tibetan Plateau indicating stepwise compressions and eastward extrusions // Geophysical Research Letters. 2020. V. 47(17). P. e2020GL088989. https://doi.org/10.1029/2020GL088989
  41. Smethurst M.A., Khramov A.N. A new Devonian palaeomagnetic pole for the Russian platform and Baltica, and related apparent polar wander // Geophys. J. Int. 1992. V. 108. P. 179–192.
  42. Swanson-Hysell N.L., Fairchild L.M., Slotznick S.P. Primary and secondary red bed magnetization constrained by fluvial intraclasts // Journal of Geophysical Research: Solid Earth. 2019. V. 124(5). P. 4276–4289. https://doi.org/10.1029/2018JB017067
  43. Tauxe L., Kent D.V., Opdyke N.D. Magnetic components contributing to the NRM of Middle Siwalik red beds // Earth and Planetary Science Letters. 1980. V. 47(2). P. 279–284. https://doi.org/10.1016/0012-821X(80)90044-8
  44. Torsvik T.H., Lovlie R., Sturt B.A. Palaeomagnetic argument for a stationary Spitsbergen relative to the British Isles (Western Europe) since late Devonian and its bearing on North Atlantic reconstruction // Earth and Planetary Science Letters. 1985. V. 75. P. 278–288.
  45. Torsvik T.H., Van der Voo R., Meert J.G., Mosar J., Walderhaug H.J. Reconstructions of the continents around the North Atlanticat about the 60th parallel // Earth and Planetary Science Letters. 2001. V. 187. P. 55–69.
  46. Van der Voo R. The Reliability of Paleomagnetic Data // Tectonophysics. 1990. V. 184. P. 1–9.
  47. Watson G.S., Enkin R.J. The fold test in palaeomagnetism as a parameter estimation problem // Geophys. Res. Lett. 1993. V. 20. P. 2135–2138.
  48. Yan M., Van der Voo R., Fang X.M., Pares J.M., Rea D.K. Paleomagnetic evidence for a mid-Miocene clockwise rotation of about 25° of the Guide Basin area in NE Tibet // Earth and Planetary Science Letters. 2006. V. 241(1–2). P. 234–247. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2005.10.013

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. The layout of the outcrops of Devonian sediments and the stratigraphic column according to the studied section in the area of the northern shore of the Lifde Fjord: (a) - lithological and stratigraphic column, stratigraphic levels of sampling in the section of the Frenkelrigen formation; (b) – tectonic map (fragment) of the island of West Svalbard [Geoscience ..., 2015; Dallmann et al., 2015]; (c) – sampling site and outcrop numbers on the geological map [Dallmann et al., 2005].

Download (1MB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Histograms of the distribution of Kₘ and Jₙ values.

Download (85KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Change in the values of Km and Jn and components D1 by section. From left to right: the power of the section; the change in the section of magnetic susceptibility, natural residual magnetization, inclination of component D1, declination of component D1; lithological column, sampling levels; polarity of magnetozones; designation of magnetozones.

Download (354KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. The results of experiments using the Lowry method [Lowry, 1990] and hysteresis characteristics for samples of Lower Devonian rocks of the Western Svalbard island. From left to right: thermomagnetization curves of hard and soft Jrs components formed during magnetization in fields 1.6 Tl on the X axis, 0.3 Tl on the Y axis and 0.05 Tl on the Z axis for samples 45, 56, 67, 88, respectively; hysteresis loops; curves of normal magnetization Jr; curves of the destructive field Hcr.

Download (283KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Day's diagram.

Download (139KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Examples of thermal magnetization of Devonian rock samples by temperature (empty circles – projection of a vector in the vertical meridional plane, filled circles – projection of a vector in the horizontal plane; stratigraphic coordinate system; other explanations in the text). vol. 1, 2, samples 27-1, 35-3, 45-1, 56-2 and 88-1; vol.6, 168-4, 169-3, 171-4, 181-3 and 189-5 (beginning).

Download (390KB)
Indexing metadata
8. Fig. 6 (end).

Download (381KB)
Indexing metadata
9. Fig. 7. Distribution of Jn directions after component analysis for Devonian deposits of the Frenkelrigen formation: (a) – component A for all outcrops, the cross shows the direction of component A after applying the fold straightening test, recalculated into a stratigraphic coordinate system; (b) – component D1 according to vol. 1, 2; (c) – component D1 according to vol. 6; (d) – an example of estimating the average direction of Jn according to the normals to the demagnetization circles; (e) – an example of estimating the average direction of Jn according to the demagnetization circles; (e) – determination of the direction of component D1 along the normals to the demagnetization circles for volume 1,2; stereo projections of the distributions of all components Jn are given in the stratigraphic coordinate system; empty (filled) circles are projections of vectors onto the upper (lower) hemisphere.

Download (633KB)
Indexing metadata
10. Fig. 8. Correlation of the selected magnetozones in the Frankelrigen formation with the general magnetostratigraphic scale. From left to right: the position of the Red Bay series in relation to the general stratigraphic scale [Geoscience Atlas..., 2015 (figure modified after [Blomeier et al.,2003]); magnetostratigraphic scale of the Devonian period GTS2020; magnetozones for the Frenkelrigen formation and for the contact zone with the Andrebreen formation, obtained in this work, supplemented by data on the formation Ben Nevis [Iosifidi, 2015]; magnetostratigraphic scale 2000 [Temples, Shkatova, 2000]. The possible correlation of the selected magnetozones is shown by the red arrows.

Download (633KB)
Indexing metadata
11. Fig. 9. Parameters of magnetic susceptibility anisotropy for sedimentary rocks of the Frankelrigen formation Devonian: (a) – distributions of the directions of the main axes of the ellipsoid of magnetic susceptibility anisotropy in the stratigraphic coordinate system, K1, K3, K3 – directions of the maximum, intermediate and minimum axes of the ellipsoid of magnetic susceptibility anisotropy; (b) – a table of parameters of the anisotropy of magnetic susceptibility; (c) – the dependence of the degree of anisotropy (P = K1/K3) on the magnitude of magnetic susceptibility; (d) is the dependence of the linearity parameter (L = K1/K2) on the degree of flatness (F = K2/K3).

Download (352KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».