ТИПИЗАЦИЯ ЗЕМНОЙ КОРЫ ЦЕНТРАЛЬНО-АРКТИЧЕСКИХ ПОДНЯТИЙ СЕВЕРНОГО ЛЕДОВИТОГО ОКЕАНА

В.А. Поселов, В.В. Верба, С.М. Жолондз

Скачать *pdf

DOI: 10.7868/S0869565213100241

УДК 551.24.2(268)

Всероссийский научно-исследовательский институт геологии и минеральных ресурсов Мирового океана ВНИИОкеангеология, Санкт-Петербург

 

   

В статье обобщены современные представления о строении земной коры океанического и континентального типов. Приведен геолого-геофизический материал о глубинном строении земной коры хребта Ломоносова, поднятия Менделеева и хребта Альфа, входящих в область Центрально-Арктических поднятий Северного Ледовитого океана. Этот материал базируется на данных МОВ, ГСЗ-МПВ, полученных на геотраверсах в Амеразийском бассейне российскими исследователями, а также на анализе опубликованных зарубежных материалов. Установлено что мощность земной коры области Центрально-Арктических поднятий колеблется в пределах от 22 до 40 км. Сравнение полученных скоростных разрезов со стандартными разрезами земной коры для различных морфоструктур Мирового океана, имеющих типично океаническую земную кору, показало их качественное различие как по структуре коры, так и по мощности ее отдельных слоев и земной коры в целом. В пределах континентальной коры доминирующее значение имеют закритические отраженные волны от кровли верхней мантии. Они превосходят по амплитуде головные и рефрагированные волны на 1-2 порядка. В пределах же океанической коры доминирующими являются рефрагированные, а, возможно, и интерференционные головные волны. Единственной границей первого ряда в консолидированной земной коре океанического типа является поверхность Мохо. Сходство скоростных характеристик разреза земной коры хребта Альфа и поднятия Менделеева с сейсмическим разрезом континентальной коры хребта Ломоносова дает основание сделать вывод о принадлежности коры поднятия Менделеева и хребта Альфа к континентальному типу. Дополнительным аргументом в пользу этого заключения является интерференционный мозаичный тип аномального магнитного поля для области Центрально-Арктических поднятий. Такой тип поля характерен для континентальной коры, где интенсивно проявился процесс внутриплитного вулканизма. В результате интерпретации сейсмических разрезов земной коры Центрально-Арктической области поднятий и сравнения их с моделями земной коры разных типов, а также учитывая признаки различия между океанической и континентальной корой, представляется, что земная кора области поднятий имеет континентальную структуру.

 


ВВЕДЕНИЕ

Анализ гидрографической и геофизической изученности акватории Северного Ледовитого океана показывает, что к настоящему времени данных явно недостаточно для создания непротиворечивой модели эволюции литосферы Арктического бассейна. До сих пор остается дискуссионным вопрос о геологическом происхождении системы поднятий в Центрально-Арктической области Северного Ледовитого океана, в которую входят хребет Ломоносова, хребет Альфа - поднятие Менделеева (рис. 1). В связи с этим решающими аргументами при типизации коры Центральной части Арктического бассейна являются не концептуально уязвимые реконструкции, а фактические данные, характеризующие современную структуру этой области океана.

Рисунок 1

В современных представлениях о геологическом строении этой системы поднятий существуют противоречивые концепции. Несмотря на это, геолого-геофизические исследования последнего десятилетия, выполненные в Арктике российскими и зарубежными организациями, позволили мировому сообществу прийти к согласованному выводу относительно существования коры континентального типа хребта Ломоносова [Верба и Волк, 2001; Верба и др., 1998; Вогт и Ковач, 1984; Волк, 1992; Киселев, 1986; Погребицкий, 1998; Поселов и др., 2000; Jokat et al., 1995; Sweeney et al., 1982; Weber, 1986].

Относительно геологической структуры хребта Альфа и поднятия Менделеева мнения разделились: хребет Альфа и поднятие Менделеева есть морфоструктуры континентального типа [Верба и Петрова, 1986; Волк, 1992; Кабаньков и др., 2004; Погребицкий, 1976; 1998; Поселов и др., 2000; Строение литосферы…, 2005; Хаин, 2001; Sweeney et al., 1982; Weber, 1986]; хребет Альфа является центром древнего спрединга [Гуревич и Меркурьев, 2005; Карасик, 1980; Hall, 1973]; система поднятий Альфа-Менделеева является океаническим вулканическим плато и следом активной горячей точки [Forsyth et al., 1986].

 

СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О СТРОЕНИИ ЗЕМНОЙ КОРЫ КОНТИНЕНТАЛЬНОГО И ОКЕАНИЧЕСКОГО ТИПА

К настоящему времени в мире накоплен обширный геолого-геофизический материал о глубинном строении земной коры как под континентами, так и под океанами. Изучение строения и создание моделей развития земной коры, главным образом, и основывается на результатах геофизических исследований, основная роль среди которых принадлежит данным сейсморазведки [Блюман, 1998; Волож и др., 2000; Кунин, 1989; Непрочнов и др., 1979].

Разделение земной коры на континентальный и океанический типы основывается, в первую очередь, на различиях в распределении скоростей сейсмических волн по вертикали и в мощностях земной коры под континентами и океанами.

 

Континентальная кора

Модель строения континентальной земной коры включает в себя следующие слои [Блюман, 1998; Кунин, 1989; Непрочнов и др., 1979].

-  Осадочный чехол прослеживается не повсеместно, имеет прерывистое распространение, а его мощность варьирует в широких пределах от 0 (для древних щитов) до 20 км.

-  Консолидированная земная кора. Многие исследователи считают, что консолидированная кора состоит из 3 слоев [Блюман, 1998; Волож и др., 2000; Глубинное строение…, 1998; Киселев, 1986; Кунин, 1989; Непрочнов и др., 1979; Сейсмогеологическая модель…, 1998; Строение литосферы…, 2005]. Мощность консолидированной земной коры сокращается к периферии континентов. Древние платформы характеризуются относительно неглубоким залеганием поверхности консолидированной земной коры.

Верхняя кора (первый слой консолидированной земной коры) характеризуется скоростями 5.5-6.2 км/с. Состав пород верхней консолидированной коры хорошо известен по выходам ее на поверхность, главным образом, на древних кристаллических щитах. Этот слой, в основном, сложен гранитами, гнейсами и другими метаморфическими породами амфиболитовой фации метаморфизма, а также породами гранулитовой и эклогитовой фации метаморфизма. Состав верхнего слоя коры, который в литературе именуется гранито-гнейсовым или гранито-метаморфическим, сохраняется практически постоянным от его кровли до подошвы.

Средняя кора, или промежуточный слой консолидированной земной коры, выделяется не повсеместно. Он сложен диоритами, диорито-метаморфическими породами и характеризуется скоростями 6.1-6.9 км/с.

Нижняя кора выделяется повсеместно и имеет гранулито-базитовый состав. Часто этот слой называется базальтовым слоем земной коры, для которого характерен скоростной диапазон 7.0-7.7 км/с.

Сейсмические исследования Геологического института Кольского филиала АН РФ на Фенноскандинавском щите зарегистрировали высокоскоростной нижнекоровый слой со скоростью 7.0-7.4 км/с. Он имеет локальное распространение и приурочен к зонам рифтогенеза, что дало основание интерпретировать его как коро-мантийную смесь, возникающую в областях тектоно-магматической активизации [Сейсмогеологическая модель…, 1998].

Поверхность консолидированной земной коры под континентами часто является поверхностью несогласия. Она является опорной преломляющей границей первого рода со скоростями 5.5-6.2 км/с.

Анализ строения земной коры периферии континентов и областей перехода континент-океан показывает сокращение мощности коры континентального типа, в первую очередь, за счет уменьшения мощности верхнего слоя консолидированной коры (гранито-метаморфического). Также происходит воздымание поверхности нижнего гранулито-базитового слоя.

В пределах континентальных окраин атлантического типа повсеместно фиксируется флексурный изгиб поверхности консолидированной континентальной земной коры и ее резкое утонение до 10-15 км. Утоненная высокоскоростная (от 6.5 до 7.8 км/с) консолидированная континентальная земная кора прослеживается на расстоянии около 200 км от континента, где сменяется третьим слоем океанической земной коры. Примером могут служить разрезы континентальной окраины Северо-Западной Африки в полосе Канаро-Багамского геотраверса и Западно-Баренцевской континентальной окраины [Глубинное строение…, 1998; Шкарубо, 1996]. Западно-Африканская зона перехода отличается широким поясом деструкции докембрийского основания. Древний фундамент ступенчато погружается по системе листрических сбросов. Ширина разломного пояса составляет 150 км и более.

Западно-Баренцевская зона перехода также отличается ярко выраженной деструкцией континентальной коры. Самой интенсивной деструкции земная кора подверглась в области флексурного перегиба континентального склона, что выразилось в сокращении мощности «гранитного» и, местами, резким сокращением «гранулито-базитового» слоев и подъемом раздела Мохо до 15-13 км вблизи границы деструкцированной континентальной коры.

 

Океаническая кора

Строение океанической коры в различных регионах Мирового океана неоднородно. В пределах крупных океанов, которые Ю.М. Пущаровский [2001] именует мегаокеанами, выделяются [Блюман, 1998; Кунин, 1989; Непрочнов и др., 1979]:

-  осадочный («первый») слой. Этот слой, так же, как и на континентах, распространен не повсеместно. Но, в отличие от континентального типа коры, мощность осадочного слоя увеличивается от срединно-океанического хребта, где осадки отсутствуют или имеют малую мощность в «карманах», к континентальным окраинам, где достигает мощности 10-15 км;

-  «второй» океанический слой представляет собой градиентную толщу с постепенным нарастанием скорости от 3.3 до 5.2 км/с и сформирован преимущественно покровными толеитовыми и щелочными базальтами с участием осадочных отложений [Кунин, 1989; Непрочнов и др., 1979; Поселов и др., 2003]. Распространен практически повсеместно. Поверхность «второго» слоя на сейсмических записях отраженных волн характеризуется наличием большого количества дифракций;

-  «третий», или габбро-перидотитовый, слой распространен повсеместно. Внутри «третьего» слоя редко выделяется промежуточная граница, делящая слой консолидированной океанической коры на два слоя.

В отличие от континентальной земной коры к консолидированной земной коре под океанами относится лишь «третий» слой океанической земной коры, поверхность которого не является границей I рода [Волож и др., 2000]. Основным разделом океанической земной коры является поверхность акустического фундамента, или «второго» слоя, с которой связана опорная отражающая граница.

Подошва консолидированной земной коры под континентами и океанами совпадает с опорной преломляющей границей I рода (граница М), ниже которой располагаются породы верхней мантии [Волож и др., 2000].

 

Скоростная характеристика разреза земной коры хребта Ломоносова, хребта Альфа и поднятия Менделеева

Накопленный к настоящему времени геолого-геофизический материал о глубинном строении Северного Ледовитого океана и, в первую очередь, данные МОВ, ГСЗ-МПВ, позволил довольно подробно осветить строение земной коры Арктического бассейна [Верба и др., 1998; Волк, 1992; Киселев, 1986; Поселов и др., 2000; 2003; Challenger drills…, 1982; Forsyth et al., 1986; Jokat, 2003; Jokat et al., 1995].

Принципиальное значение для понимания закономерностей геологического строения Арктического бассейна имеют данные ГСЗ-МПВ, полученные в результате работ на геотраверсах в Амеразийском бассейне: «СЛО-92» - пересекающий хребет Ломоносова и имеющий протяженность 300 км; «Трансарктика-2000» - через поднятие Менделеева длиной 450 км. Эти геотраверсы являются определяющими для исследования геологической структуры основных поднятий Амеразийского бассейна (рис. 2) [Буценко и Поселов, 2003; Поселов и др., 2000; 2003; Строение литосферы…, 2005].

Рисунок 2

Интерпретация волновых полей ГСЗ-МПВ, полученных на геотраверсах с использованием сейсмических материалов экспедиции НИС «Роlarstern» Arctic-91 [Строение литосферы…, 2005], а также данных МОВ, полученных во время дрейфа экспедиций «Северный Полюс-21» и «Северный Полюс-24», позволили достаточно детально охарактеризовать строение земной коры вдоль геотраверса.

Осадочный чехол хребта Ломоносова и поднятия Менделеева был изучен в результате проведенных работ МОВ и МПВ. Мощность осадочного чехла поднятий изменяется от 3 до 6 км, а значения интервальных скоростей варьируют в пределах 1.7-5.5 км/с.

В осадочном чехле выделяется высокоамплитудное несогласие (рис. 3), прослеживаемое как в пределах котловины Макарова, так и на поднятиях: хребте Ломоносова, хребте Альфа и поднятии Менделеева. Региональное несогласие является главным сейсмическим маркером в осадочном чехле области Центрально-Арктических поднятий.

Рисунок 3

Мощность осадочного чехла на хребте Ломоносова составляет 5.0-5.5 км и имеет тенденцию к увеличению в сторону центральной части за счет появления в разрезе высокоскоростных образований и исчезновения низкоскоростных слоев.

Мощность осадочного чехла на поднятии Менделеева - 3-6 км. Увеличение мощности осадочного чехла на поднятии Менделеева происходит с востока на запад.

В результате геологического опробования, проведенного во время экспедиции «Арктика-2000» на геотраверсе, было получено достаточно представительное количество донно-каменного материала - известняков и доломитов [Кабаньков и др., 2004; 2004а]. Эти осадочные породы имеют плотность от 2.52 до 2.87 г/см3, которая согласуется со значениями интервальных скоростей сейсмических волн 5.0-5.5 км/с. Таким образом, слой, выделенный в осадочном чехле и имеющий интервальные скорости 5.0-5.5 км/с, вероятно, соответствует терригенно-карбонатным породам, а не относится ко «второму» слою океанической земной коры.

Кровля консолидированной коры в районе хребта Ломоносова характеризуется границей раздела, на которой происходит скачок граничной скорости до 5.8-6.0 км/с. Максимальная мощность верхнего слоя коры достигает 10 км и практически совпадает с осевой частью хребта. Общая мощность консолидированной земной коры изменяется в пределах 12-17 км. Поверхность нижней коры характеризуется границей I рода. Максимум мощности нижней коры смещен в сторону котловины Подводников. На глубине около 13 км, соответствующей границе нижней и верхней консолидированной земной коры, был выделен волновод, типичный для коры континентального типа [Киселев, 1986; Строение литосферы…, 2005; Шаров, 2003]. Общая мощность земной коры под хребтом Ломоносова составляет 22-24 км.

Консолидированная кора поднятия Менделеева также отчетливо разделяется на два слоя. Мощность верхнего слоя консолидированной коры изменяется от 5 до 9 км. Кровля этого слоя характеризуется граничной скоростью 5.8 км/с. Кровля нижнего слоя коры характеризуется границей I рода со скачком граничной скорости до 6.7 км/с. Максимум мощности нижней консолидированной коры смещен относительно сводовой части поднятия Менделеева и достигает 15-17 км.

Общая мощность консолидированной земной коры под поднятием Менделеева составляет 15-26 км.

Хребет Альфа изучен сейсмическими методами несколько слабее. Результаты интерпретации наблюдений ГСЗ, полученных во время канадской экспедиции «CESAR-83», позволили проинтерпретировать в основании осадочного чехла слой со скоростью 5.0-5.4 км/с с вертикальным градиентом 0.23 с-1. На глубине 9 км он сменяется слоем со скоростью 6.4-6.5 км/с со слабым вертикальным градиентом. На отдельных зондах был установлен слой со скоростями 7.0-7.1 км/с на глубине 14-19 км. Граница Мохо была выделена на глубине 36 км [Поселов и др., 2000].

Д. Форсайт [Forsyth et al., 1986] интерпретировал разрез земной коры хребта Альфа и пришел к выводу, что характер распределения скоростей сейсмических волн, полученный по данным ГСЗ, соответствует коре океанического типа хребта Рейкьянес (Исландия).

Проведенные работы МПВ «Polarstern-98» [Jokat, 2003] на хребте Альфа позволили выделить в основании осадочного чехла преломляющий горизонт с граничной скоростью 4.2-4.5 км/с, который был принят за кровлю «второго» океанического слоя. Однако более тщательный анализ волнового поля МОВ-ОГТ «Polarstern-98», выполненный В.В. Буценко и В.А. Поселовым [Буценко и Поселов, 2003; Строение литосферы…, 2005], показал отчетливую расслоенность, характерную для осадочного чехла, ниже этой границы. Таким образом, данную границу можно сопоставить с кровлей одного из нижних комплексов осадочного чехла, а не с кровлей «второго» океанического слоя (рис. 4).

Рисунок 4

Сопоставление скоростных разрезов, полученных при интерпретации сейсмических данных российскими исследователями, со стандартными разрезами земной коры, характерными для различных морфоструктур Мирового океана, имеющих типично океаническую или переходную от океанической к континентальной земную кору, не вызывает сомнения их качественное различие как по структуре коры, так и по мощности ее отдельных слоев и земной коры в целом. Представляет большое значение учет одного из основных отличий между континентальной и океанической земной корой, которое выражается в типе регистрируемых волн от ее подошвы. Так, в пределах континентальной коры доминирующее значение имеют закритические отраженные волны от кровли верхней мантии. Они превосходят по амплитуде головные и рефрагированные волны на 1-2 порядка. В пределах же океанической коры доминирующими являются, возможно, и интерференционные головные волны. Кроме того, как указывалось выше, в консолидированной земной коре океанического типа единственной границей I рода является поверхность Мохо.

 

Типизация земной коры области Центрально-Арктических поднятий по комплексу геолого-геофизических характеристик

Исходя из того, что основным критерием для выделения типов земной коры являются сейсмические данные, и учитывая приведенные выше сейсмические характеристики земной коры под хребтом Ломоносова, поднятиями Менделеева и Альфа, можно прийти к выводу о схожести глубинного строения данных структур.

В настоящее время точка зрения о континентальном типе земной коры хребта Ломоносова нашла подтверждение результатами геолого-геофизических исследований, выполненными как отечественными, так и зарубежными исследователями. Установлено, что глубинные сейсмические разрезы хребта Ломоносова, хребта Альфа и поднятия Менделеева имеют устойчивые черты сходства [Волож и др., 2000; Кунин и др., 1989; Непрочнов и др., 1989; Сейсмогеологическая модель…, 1998]. Соответственно, исходя из метода аналогии, можно сделать вывод, что и хребет Альфа, и поднятие Менделеева также имеют континентальный тип земной коры.

Дополнительным аргументом в пользу сходства глубинного строения области Центрально-Арктических поднятий с типичной корой континентального типа являются результаты комплексной интерпретации материалов аэромагнитной съемки.

В аномальном магнитном поле поднятиям в Центрально-Арктической области Северного Ледовитого океана соответствует область однотипных магнитных аномалий интерференционного, мозаичного типа, характерных для районов проявления внутриплитного магматизма на континентах [Верба и Волк, 2001; Верба и Петрова, 1986; Киселев, 1986; Weber, 1986].

В районе Гренландии и Канадского архипелага аномалии Амеразийской провинции аномального магнитного поля резко обрываются зоной разлома вдоль континентального склона, но далее, на побережье Северо-Американского континента, наблюдаются магнитные аномалии, сходные с аномалиями хребта Альфа (рис. 5).

Рисунок 5

По мнению А.М. Карасика [1980], Дж. Вебера [Weber, 1986], хребет Альфа вместе с хребтом Ломоносова образуют единую магнитную провинцию. Естественно, что в пределах столь обширной провинции аномалии магнитного поля, какой является Амеразийская, наблюдается широкий спектр магнитных аномалий. Слабые по интенсивности и градиенту магнитные аномалии отвечают котловинам Подводников и Макарова, а также юго-восточному флангу хребта Ломоносова. Наиболее интенсивные короткопериодные аномалии тяготеют к гребневым частям хребта Альфа, поднятия Менделеева и западному флангу хребта Ломоносова, где их величина достигает 1500 нТл. Для хребта Альфа Дж. Вебер [Weber, 1986] установил обратную связь интенсивности локальных аномалий с глубиной океана.

А.М. Карасиком [1980] в результате дорифтовой реконструкции магнитного поля было установлено, что общая структура магнитного поля области Центрально-Арктических поднятий имеет сходство с аномалиями континентальной окраины Евразии и Северной Америки, а именно с районами севера Баренцево-Карского шельфа и Канадского архипелага. Для этих районов континентальной окраины характерна деструкция земной коры, вызванная активными процессами континентального рифтогенеза и сопровождаемая проявлением основного магматизма.

Меньше всего дискуссий вызывает строение самой западной структуры провинции хребта Ломоносова. В магнитном поле хребет Ломоносова не отражается как целостная структура: западному флангу отвечают интенсивные (до 100-600 нТл) короткопериодные аномалии интерференционного типа, почти не отличимые от аномалий хребта Альфа. По мнению Дж. Вебера [Weber, 1986], магнитные аномалии хребта Альфа связаны с многоэтапным проявлением основного магматизма, начиная с мелового времени, поэтому такое же объяснение природы аномалий магнитного поля предлагается и для магнитных аномалий западного фланга хребта Ломоносова.

Восточный фланг хребта Ломоносова отличается от западного значительным уменьшением интенсивности локальных аномалий до 100-200 нТл и увеличением периода аномалий, что может быть связано с более глубоким залеганием источников аномалий или более слабым проявлением деструкции коры.

Современные представления о геологической природе аномального магнитного поля над хребтом Альфа и поднятием Менделеева сводятся к трем альтернативным точкам зрения.

Согласно одной из них, хребет Альфа является центром древнего спрединга, имеющим характерную для гребневых зон СОХ продольную зональность. Эту точку зрения разделяют П.Р. Вогт [Вогт и Ковач, 1984], Н.А. Остензо [Vogt & Ostenso, 1970], Дж. Холл [Hall, 1973]. В последние годы российские исследователи Н.И. Гуревич и С.А. Меркурьев [2005], разрабатывая эту идею, пришли к выводу, что в центральной части хребта Альфа находится тройное сочленение мезозойских центров спрединга типа «хребет-хребет-трансформ». Позднее, предположительно в середине мела, ослабленные зоны в Амеразийском бассейне подверглись внутриплитному вулканизму и вертикальным тектоническим движениям, создавшим современный хребет Альфа.

Такое объяснение природы аномального магнитного поля поднятия Альфа, по нашему мнению, вступает в противоречие с данными о мощности земной коры этой области океана. По результатам сейсмических и гравиметрических исследований здесь установлена земная кора толщиной до 40 км, что не соответствует общему представлению о срединных хребтах как о структурах, земная кора под которыми, как правило, не больше 7-8 км [Верба и Волк, 2001; Непрочнов и др., 1979].

Одновременно существует другая точка зрения, согласно которой система поднятий Альфа-Менделеева является океаническим вулканическим плато и следом активной горячей точки. Эти взгляды разделяют П.Р. Вогт, Р.К. Ковач и др. [1984], Д.А. Форсайт и др. [Forsyth et al., 1986].

По материалам экспедиции CESAR на хребте Альфа было установлено увеличение мощности так называемого «нижнего базальтового» слоя до 15 км и присутствие в верхней части разреза высокоскоростных пород со скоростью 4.7-5.1 км/с. Их мощность составляет 8 км. Анализируя эти особенности скоростного разреза, Д. Форсайт [Forsyth et al., 1986] пришел к выводу, что он сопоставим со скоростным разрезом Исландии и Тихоокеанских поднятий Манихики и Онтонг-Джава. По мнению исследователя, земная кора хребта Альфа есть не что иное, как древняя океаническая кора, претерпевшая многократные изменения в более поздние этапы своей эволюции; на ранних же стадиях на месте области Центрально-Арктических поднятий существовал древний срединно-океанический хребет, расчлененный рельеф которого и обусловливает сложный облик магнитного поля над ним.

Однако Ю.Г. Киселев [1986], сравнивая тот же скоростной разрез хребта Альфа со скоростным разрезом Гренландии, установил их полное подобие и пришел к выводу о континентальном типе коры этой морфоструктуры Амеразийского бассейна.

Многие исследователи Арктического региона считают хребет Альфа и поднятие Менделеева морфоструктурами с корой континентального типа. Этой точки зрения придерживаются Ю.М. Пущаровский [1976; 2001], В.Е. Хаин [2001], Ю.Г. Киселев [1986], Ю.Е. Погребицкий [1976; 1998], В.А. Поселов и др. [2000; 2003], В.В. Верба [Верба и Волк, 2001; Верба и др., 1998; Верба и Петрова, 1986], В.Э. Волк [1992], Дж.Ф. Свиней [Sweeney et al., 1982], Дж.Р. Вебер [Weber, 1986], Г.Л. Джонсон [Johnson et al., 1994], Х.Р. Джексон и Г.Л. Джонсон [Jackson & Johnson, 1986]. Все специалисты, разделяющие эту точку зрения, отмечают высокую степень изменчивости рисунка магнитных аномалий хребта Альфа. По их мнению, они генетически связаны с активным проявлением внутриплитного магматизма, характерного для зрелой континентальной коры. Этот вывод становится очевиден при сравнении аномальных магнитных полей хребта Альфа - поднятия Менделеева и Евразийского бассейна.

К сказанному следует добавить, что согласно расчетам параметров намагниченных тел [Карасик, 1980], область Центрально-Арктических поднятий характеризуется высокими значениями эффективной намагниченности - 2 А/м, обычных для континентальных образований, и двухслойным строением магнитного разреза земной коры. Относительно неглубоко залегающие магнитные источники в интервале глубин 1-4 км совпадают с рельефом акустического фундамента, сложенного вулканогенными породами, а второй, более глубокий, уровень источников магнитных аномалий соответствует глубинам 7-8 км. Двухслойная магнитная модель строения земной коры характерна также и для хребта Ломоносова, континентальная природа коры которого признается исследователями. Диапазон колебаний глубин нижнего магнитоактивного «горизонта» на хребте Ломоносова и на поднятии Менделеева составляет 8-10 км, что при сопоставлении с данными ГСЗ совмещается с поверхностью кристаллического фундамента [Поселов и др., 2000].

Для «распознавания образа» блоков литосферы в Амеразийском бассейне и выяснения типа земной коры хребта Альфа и поднятия Менделеева было проведено специальное исследование частотных и спектральных характеристик магнитных аномалий (рис. 6). Для решения задачи использовался грид магнитных аномалий, распространяемый Геологической службой Канады [Verhoev et al., 1996] и дополненный российскими данными по Амеразийскому бассейну. На основе этого материала были выбраны участки, структура аномального магнитного поля которых визуально характеризуется подобием с полем поднятия Менделеева и хребта Альфа. В качестве таких аналогов были выбраны три полигона: Гренландско-Фарерский хребет, сходство которого с хребтом Альфа обсуждалось выше, участок интенсивных линейных аномалий над Анабарским щитом и район сходного аномального магнитного поля над Тунгусским бассейном. Сравнение показало, что по спектральным характеристикам магнитные аномалии хребта Альфа и поднятия Менделеева в равной мере сопоставимы как с Гренландско-Фарерским порогом, представляющим собой океаническую морфоструктуру, осложненную длительной (в том числе и современной) вулканической деятельностью типа «горячей точки», так и с Анабарским щитом, располагающимся в ядре древнего кратона. Малосущественные отличия обнаруживаются и при сопоставлении с Тунгусским бассейном.

Рисунок 6

Сопоставление с Тунгусским бассейном представляет наибольший интерес, поскольку этот крупный элемент древней Сибирской платформы отличается интенсивным проявлением вулканизма. Трапповый комплекс Тунгусской синеклизы в настоящее время исследован довольно подробно. По результатам бурения установлено, что возникшая в результате мощнейшего импульса внутриконтинентального вулканизма толща траппов пермско-триасового возраста достигает мощности 4 км. Площадь распространения траппового вулканизма на Сибирской платформе вполне сопоставима с размерами рассмотренной выше специфической провинции аномального магнитного поля в Амеразийском бассейне.

Косвенные данные в пользу того, что земная кора поднятий Альфа-Менделеева относится к континентальному типу, можно найти и в поведении аномалий Буге, вычисленных для трехмерной модели для Амеразийского бассейна. Здесь установлены типичные для блоков с континентальной земной корой площадные отрицательные аномалии величиной до 30 мГал. Мощность коры колеблется в пределах 17-40 км [Волк, 1992].

Таким образом, все приведенные материалы позволяют склониться к точке зрения о континентальной природе магнитных аномалий Центрально-Арктической области океанических поднятий и связать их образование с региональным проявлением внутриконтинентального магматизма мелового возраста. Упоминавшееся выше сходство магнитных аномалий хребта Альфа с их продолжением на Земле Элсмир и прилегающих районах северной окраины Канадского архипелага также хорошо соответствует сделанному выводу.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Суммируя весь изложенный материал, авторы приходят к выводу, что область Центрально-Арктических поднятий отличается характерными чертами:

1. Здесь установлена большая мощность земной коры. Глубина поверхности «М» колеблется в пределах от 22 до 40 км.

2. Основные черты сейсмических разрезов хребта Альфа и поднятия Менделеева мало отличимы от типичных разрезов континентальной коры, где проявились процессы деструкции.

3. Аномальное магнитное поле над ними имеет линейно-мозаичную структуру, характерную для древних блоков земной коры. Примером могут служить аномальные магнитные поля над Балтийским, Анабарским и Канадским щитами и над древней Сибирской платформой.

4. Сравнение спектрального состава магнитных аномалий хребта Альфа и поднятия Менделеева с частотно-амплитудной характеристикой магнитных аномалий Фареро-Исландского порога, Анабарского щита и Тунгусского бассейна не выявило черты устойчивого подобия с полем Фареро-Исландского порога.

5. Обобщение материалов изучения донных отложений области Центрально-Арктических морфоструктур, собранных в процессе работ экспедиции «Арктика-2000» и данных отечественных и зарубежных дрейфующих полярных станций, показали формационное однообразие обломков, представленных в основном палеозойскими осадочными породами платформенного типа, образовавшихся за счет размыва древней кратонизированной области.

Все собранные и проанализированные материалы подтверждают концепцию Шатского-Пущаровского, согласно которой восточная часть Полярного бассейна представляет собой континентальный блок, который территориально приблизительно соответствует современным поднятиям Менделеева, Чукотскому, Нордуинд [Пущаровский, 1976; 2001]. В одной из недавних публикаций В.Е. Хаина [2001], в главе, посвященной тектонике Северного Ледовитого океана, вся восточная его часть, соответствующая Амеразийскому суббассейну, значительно превосходящая по площади Гиперборейскую платформу, также рассматривается как область докембрийской континентальной коры, преобразованной в различной степени более поздними процессами складчатости и деструкции.

Таким образом, весь изложенный материал позволяет сделать вывод о континентальном типе земной коры провинции Центрально-Арктических поднятий.

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Блюман Б.А. Земная кора континентов и океанов (анализ геолого-геофизических и изотопно-геохимических данных). СПб.: ВСЕГЕИ, 1998. 152 с.

2. Буценко В.В., Поселов В.А. О геологической природе геоструктур Центрально-Арктического региона // Исследования литосферы в работах Петербургских геофизиков (Развитие идеи академика Г.А. Гамбурцева). СПб.: ВИРГ-Рудгеофизика-ВНИИОкеангеология, 2003. С. 161-170.

3. Верба В.В., Волк В.Э. Геофизические поля Северного Полярного сегмента Земли - основа тектонического районирования // Российский геофизический журнал. СПб.: ВИРГ-Рудгеофизика, 2001. № 23, 24. С. 49-56.

4. Верба В.В., Ким Б.И., Волк В.Э. Строение земной коры Арктического региона по геофизическим данным // Геолого-геофизические характеристики литосферы Арктического региона. СПб.: ВНИИОкеангеология, 1998. Вып. 2. С. 12-26.

5. Верба В.В., Петрова А.А. Сравнительная характеристика аномальных магнитных полей Амеразийского суббассейна и древних щитов Евразии и Северной Америки. Л.: ПГО Севморгеология, 1986. С. 80-86.

6. Вогт П.Р., Ковач Р.К. Амеразийский бассейн, Северный Ледовитый океан: магнитные аномалии и их расшифровка // 27 МГК. М.: ГЕОС, 1984. Т. 4. С.128-136.

7. Волк В.Э. Глубинное строение земной коры Северного Ледовитого океана // Советская геология. 1992. № 6. С. 47-55.

8. Волож Ю.А., Шлезингер А.Е., Юров Ю.Г. Консолидированная кора (фундамент) и чехол: принципы выделения и геолого-геофизическая характеристика // Вестник отделения РАН наук о Земле. 2000. № 1 (11).

9. Глубинное строение и эволюция литосферы центральной Атлантики (Результаты исследований на Канаро-Багамском геотраверсе). СПб.: ВНИИОкеангеология, 1998. С. 299.

10. Гуревич Н.И., Меркурьев С.А. Геоисторический анализ аномального магнитного поля хребта Альфа, Северный Ледовитый океан // Российский геофизический журнал. 2005. № 37-38. С. 50-61.

11. Кабаньков В.Я., Андреева И.А., Иванов В.Н. О происхождении донных осадков, поднятых на геотраверсе «Арктика-2000» в Северном Ледовитом океане (район поднятия Менделеева) // Доклад РАН. 2004. Т. 399. № 2. С. 224-226.

12. Кабаньков В.Я., Андреева И.А., Иванов В.Н., Петрова В.И. О геологической природе системы Центрально-Арктических морфоструктур и геологическое значение донных осадков в ее определении // Геотектоника. 2004. № 6. С. 33-48.

13. Карасик А.М. Основные особенности истории развития и структуры дна Арктического бассейна по аэромагнитным данным // Морская геология, седиментология, осадочная петрография и геология океана. Л.: Недра, 1980. С. 178-193.

14. Киселев Ю.Г. Глубинная геология Арктического бассейна. М.: Недра, 1986. 224 с.

15. Кунин Н.Я. Строение литосферы континентов и океанов. М.: Недра, 1989. 286 с.

16. Непрочнов Ю.П., Агапова Г.В., Марова Н.А. и др. Строение земной коры и верхов мантии по данным глубинного сейсмического зондирования // Геофизика океанского дна. М.: Наука, 1979. Т. 1. С. 243-287.

17. Погребицкий Ю.Е. Геодинамическая система Северного Ледовитого океана и ее структурная эволюция // Советская геология. 1976. № 12. С. 3-22.

18. Погребицкий Ю.Е. Основные черты геологического развития геодинамической системы Северного Ледовитого океана // Геолого-геофизические характеристики литосферы Арктического региона. СПб.: ВНИИОкеангеология, 1998. Вып. 2. С. 9-11.

19. Поселов В.А., Павленкин А.Д., Булаткина К.И. Закономерности изменения скоростной структуры в сечении континент-океан пассивных окраин Арктики по данным ГСЗ // Исследование литосферы в работах петербургских геофизиков. СПб.: ВИРГ-Рудгеофизика-ВНИИОкеангеология, 2003. С. 154-160.

20. Поселов В.А., Павленкин А.Д., Погребицкий Ю.Е., Буценко В.В., Сорокин М.Ю. Структура и эволюция арктической литосферы // Геологическое строение и геоморфология Северного Ледовитого океана в связи с проблемой внешней границы континентального шельфа Российской Федерации в Арктическом бассейне / Науч. ред. Грамберг И.С., Комарицын А.А., отв. ред. Каминский В.Д. СПб.: ВНИИОкеангеология, 2000. С. 94-109.

21. Пущаровский Ю.М. Тектоника Северного Ледовитого океана // Геотектоника. 1976. № 2. С. 3-14.

22. Пущаровский Ю.М. Фундаментальные проблемы общей тектоники. М.: Научный мир, 2001. 520 с.

23. Сейсмогеологическая модель литосферы Северной Европы: Баренц. Регион / Отв. ред. Митрофанов Ф.П., Шаров Н.В. Апатиты: КНЦ РАН, 1998. Ч.1. 237 с. Ч. 2. 205 с.

24. Строение литосферы Российской части Баренц-региона. Петрозаводск: Изд-во РАН и МПР РФ, 2005.316 с.

25. Хаин В.Е. Тектоника континентов и океанов (год 2000). М.: Научный мир, 2001. 600 с.

26. Шаров Н.В. Структура литосферы Северной Европы по данным ГСЗ // Исследование литосферы в работах петербургских геофизиков. СПб.: ВИРГ-Рудгеофизика-ВНИИОкеангеология, 2003. С. 177-186.

27. Шкарубо С.И. Особенности спрединга в северной части Норвежско-Гренландского бассейна // Геолого-геофизические характеристики литосферы Арктического региона. СПб., 1996. С. 101-114. (Тр. ВНИИОкеангеология. Вып. 1. Ч. 1).

28. Challenger drills deep into basement // Geotimes. 1982. Vol. 27. No. 5. P. 26-28.

29. Forsyth D.A., Asudeh I., Green A.G., Jackson H.R. Crustal Structure of the northern Alpha Ridge beneath the Arctic Ocean // Nature. 1986. Vol. 322. P. 349-352.

30. Hall J.K. Geophysical evidence for ancient Sea-floor Spreading from Alpha Cordillera and Mendeleyev Ridge // Arctic Geology. Memoir. AAPG. 1973. No. 19. P. 542-561.

31. Jackson H.R., Johnson G.L. Summary of Arctic Geophysics // Journ. of Geodynamics. 1986. No. 6. P. 245-262.

32. Johnson G.L., Pogrebitsky Ju., Macnab R. Arctic Structural Evolution: Relationship to Paleoceanography. The Polar Oceans and Their Role in Shaping the Global Environment // Geophysical Monograph 85. American Geophysical Union. 1994. P. 285-294.

33. Jokat W. Seismic investigations along the western sector of Alpha Ridge, Central Arctic Ocean // Geophys. J. Int. 2003. No. 152. P. 185-201.

34. Jokat W., Weigelt E., Kristoffersen Y., Rasmussen Т., Schone T. New insights into the evolution of the Lomonosov Ridge and the Eurasia Basin // Geophysics Journal International. 1995. Vol. 122. P. 378-393.

35. Sweeney J.F., Weber J.R., Blasco S.M. Continental Ridges in the Arctic Ocean: LOREX Constraints. Structure of the Arctic / Eds. Johnson G.L., Sweeney J.E. // Tectonophysics. 1982. Vol. 89. No. 1-3. P. 217-237.

36. Verhoef J., Macnab R., Roest W. and members of the Project Team. Arctic and North Atlantic Ocean and adjacent land areas magnetic anomalies // Geol. Surv. can. open File, 3282. Sheets, 1 : 10000000 scale. 1996.

37. Vogt P.R., Ostenso N.A. Magnetic and gravity profiles across the Alpha Cordillera and their relation to Arctic sea-floor spreading // J. Geoph. Res. 1970. Vol. 75. P. 4925-4938.

38. Weber J.R. The Alpha Ridge: Gravity, Seismic and Magnetic Evidence for a Homogenous, Mafic Crust / Eds.: Johnson G.L., Kaminuma K. // Polar Geophysics. J. of Geodynamics. 1986. Vol. 6. No. 1-4. P. 117-136.

 


Typification of the Earth’s Crust of Central Arctic Uplifts in the Arctic Ocean

V.A. Poselov, V.V. Verba, and S.M. Zholondz

All-Russia Research Institute of Geology and Mineral Resources of the World Ocean, St. Petersburg, Russia

 

Abstract. The modern views on the structure of the oceanic and continental crust are discussed. The presented geological-geophysical information on the deep structure of the Earth’s crust of the Lomonosov Ridge, Mendeleev Rise, and Alpha Ridge, which make up the province of the Central Arctic Uplifts in the Arctic Ocean, is based on CMP, seismic-reflection, and seismic-refraction data obtained by Russian and Western researchers along geotraverses across the Amerasia Basin. It is established that the crust thickness beneath the Central Arctic Uplifts ranges from 22 to 40 km. Comparison of the obtained velocity sections with standard crust sections of different morphostructures in the World Ocean that are underlain by the typical oceanic crust demonstrates their difference with respect to the crustal structure and to the thickness of the entire crust and its individual layers. Within the continental crust, the supercritical waves reflected from the upper mantle surface play the dominant role. Their amplitude exceeds that of head and refracted waves by one to two orders of magnitude.

In contrast, the refracted and, probably, interferential head waves are dominant within the oceanic crust. Except for the Moho discontinuity, no first-order boundaries are known in the consolidated oceanic crust. The similarity in the velocity characteristics of the crust of the Alpha Ridge and Mendeleev Rise, on the one hand, and the continental crust beneath the Lomonosov Ridge, on the other, gives grounds to state that the crust of the Mendeleev Rise and Alpha Ridge belongs to the continental type. The interference mosaic pattern of the anomalous magnetic field of the Central Arctic Uplifts is an additional argument in favor of this statement. Such patterns are typical of the continental crust with intense intraplate volcanism. Interpretation of seismic crustal sections of the Central Arctic Uplifts and their comparison with allowance for characteristic features of the continental and oceanic crust indicate that the Earth’s crust of the uplifts has the continental structure.

 

 

 

Ссылка на статью:

Поселов В.А., Верба В.В., Жолондз С.М. Типизация земной коры Центрально-Арктических поднятий Северного Ледовитого океана // Геотектоника. 2007. № 4. С. 48-59.

 





eXTReMe Tracker


Flag Counter

Яндекс.Метрика

Hosted by uCoz