В 1987-1989 гг. Полярный морской
геологоразведочной экспедицией ГГГП «Севморгеология» проведены
сейсмические исследования МОВ с дрейфующей ледовой базы «СП-28»,
организованной Арктическим и Антарктическим НИИ.
Впервые в истории полярных
геолого-геофизических исследований непрерывный региональный
сейсмопрофиль протяженностью более 2500 км пересек по меридиональному
направлению практически весь Северный Ледовитый океан от
Восточно-Сибирского моря до Гренландского моря, пройдя вблизи Северного
полюса.
Основные представления о глубинном
геологическом строении глубоководной области Арктического бассейна
сформировались в процессе многолетних исследований НИИГА - ПГО
«Севморгеология» (Р.М. Деменицкая, А.М. Карасик, Ю.Г. Киселев, И.С. Грамберг,
В.Э. Волк, Ю.Е. Погребицкий, Б.Х. Егиазаров, В.И. Устрицкий, Я.И. Полькин
и др.). По результатам комплексной интерпретации геолого-геофизических
данных разработаны основы тектонического районирования, выделены главные
геоструктуры региона, сформулированы представления об истории его
геологического развития [Геологическое
строение…, 1984; Верба и др., 1986; Киселев, 1986; Природа…, 1986].
В процессе рассматриваемых исследований
получены более подробные данные о структуре геоблоков, впервые на базе
динамического анализа выполнено расчленение осадочного чехла и
консолидированной коры на структурно-седиментационные петрофизические
комплексы и детализированы представления об их строении и особенностях
формирования.
Работы выполнялись по методике точечных
зондирований МОВ с использованием центральной Г-образной расстановки
сейсмоприемников, вмороженных в лед, при длине плеча расстановки 600 м
и взрывном интервале 500-2000 м. Упругие колебания возбуждались взрывом
гирлянды (3-5) электродетонаторов, а регистрировались сейсмостанцией
СМОВ-24 в режиме «открытого канала». Географические координаты
определялись с помощью спутниковой навигационной системы «Транзит».
Применялась новая технология интерпретации
материала, основанная на цифровой обработке данных в сочетании с
созданной во ВНИГРИ методикой интегрального динамического анализа
сейсмозаписи [Коц и др., 1981;
Методические…, 1987]. На временных
разрезах МОВ уверенно выделяются региональный отражающий горизонт Аф,
приуроченный к поверхности кристаллического фундамента, и ряд зонально
развитых рефлекторов в осадочной толще и реже в фундаменте,
характеризующих структурно-тектоническую обстановку. Фактографическая
основа динамического анализа обеспечивается построением
сейсмодинамического разреза в виде последовательности графиков
ln A
(t0)
вдоль профиля, количественно отображающих изменение логарифмов амплитуд
сигналов по вертикали разреза в полном динамическом диапазоне. Это
открывает возможности количественного сравнения амплитуд сигналов,
массового определения коэффициентов эффективного поглощения энергии и
выполнения сейсмостратиграфического (сейсмофациального) анализа по
характерным особенностям картины сейсмодинамического разреза. В
частности, отмеченные выше отражающие горизонты четко выделяются на
сейсмодинамических разрезах, что позволяет однозначно сопоставить
информацию, а также исследовать латеральную изменчивость амплитуд волн.
По особенностям визуальной картины сейсмодинамических разрезов возможно
расчленение чехла на сейсмостратиграфические или литофизические
комплексы и прогнозирование стратиграфического объекта, литологии и
коллекторских свойств пород. В качестве диагностических признаков при
этом могут быть использованы характеристики слоистости разреза,
дислоцированности и дифференцированности горизонтов, отображающие
седиментационные и тектонические закономерности строения, а также
параметры эффективного поглощения энергии, связанные с литогенетическим
состоянием и пористостью пород.
При расчленении консолидированной коры (фундамента)
на петрофизические комплексы используются установленный нами феномен
послойной изменчивости разреза коры по характеристикам поглощения
энергии, подтвержденный данными ГСЗ, ГСП, магниторазведки, а также
признаки выделения своеобразных дислоцированных, изменчивых по
дифференцированности отражающих границ в объеме коры.
Таким образом, принятая методика
интерпретации была ориентирована на изучение рельефа поверхности и
внутренней структуры консолидированной коры, исследование
структурно-тектонической характеристики и прогнозирование геологического
разреза осадочного чехла.
В осадочном чехле изученного региона по
сейсмическим данным выделяются три основных структурно-седиментационных
комплекса. Верхний отражается зоной акустической прозрачности или
повышенного поглощения сейсмической энергии и, согласно опыту работ в
Мировом океане, сопоставляется с нелитифицированными, иловыми,
предположительно неоген-четвертичными образованиями. Мощность комплекса
оценивается в 200-400 м. К его подошве приурочен отражающий горизонт Д1.
Средний комплекс обычно представлен
циклической последовательностью акустически прозрачных зон, разделенных
достаточно сильными рефлекторами, и характеризуется общим пониженным
поглощением энергии, что свойственно полулитифицированным,
глинисто-алевритовым, пелагическим породам. Мощность комплекса
600-1000 м, к его подошве приурочен горизонт А. Оба эти комплекса мы
относим к синокеаническим образованиям [Киселев,
1986 и др.]. Они широко
распространены по всей изученной акватории и отсутствуют лишь на
отдельных выступах порога Ломоносова и на значительной части хребта
Гаккеля.
Более сложная картина устанавливается в
нижней части разреза чехла. Здесь выделяется латерально изменчивый
комплекс с различными сейсмофациальными обликами от слоистых,
среднедифференцированных толщ до хаотичных или прерывисто-слоистых,
включающих очень слабые, локально прослеживаемые рефлекторы. По нашим
представлениям, комплекс может быть сложен литифицированными
песчано-глинистыми, грубообломочными молассовыми или
осадочно-вулканогенными породами, и его формирование тесно связано с
тектоническими и магматическими процессами развития консолидированной
коры, существенно различными для основных геоблоков акватории.
Результаты геологической интерпретации в
целом близко соответствуют представлениям многих исследователей о
существовании в акватории Северного Ледовитого океана двух крупных
суббассейнов - Амеразийского и Евразийского, расчлененных крупной
геоструктурой - порогом Ломоносова [Геологическое
строение…, 1984; Киселев, 1986; Природа…, 1986].
Различия в строении этих геоблоков
проявляются главным образом в рельефе поверхности и внутренней структуре
консолидированной коры, а также в особенностях нижнего комплекса чехла и
будут рассмотрены ниже.
К Амеразийскому суббассейну (АСБ) относятся
котловины Подводников и Макарова и разделяющая их
Ломоносовско-Менделеевская седловина. В рельефе поверхности фундамента
котловина представляется серией прогибов протяженностью 20-50 км, с
относительно крутыми (до 10-15°) бортами и обычно пологим дном,
разделенными довольно крупными поднятиями, погребенными или выраженными
в рельефе дна, амплитудой до 2 км (рис. 1). В верхней части
консолидированной коры по данным сейсмодинамического анализа выделяется
петрофизический комплекс, характеризующийся повышенным поглощением
энергии, признаками грубой прерывистой слоистости, существованием
зонально развитых, местами весьма интенсивных отражений. Наиболее
выдержанная граница приурочена к его подошве, где по данным ГСЗ
отмечается и преломляющий горизонт. Мощность комплекса изменяется в
пределах от 1-1,5 до 3-4 км. По результатам исследований в Атлантическом
океане и Беринговом море нами установлено, что аналогичный комплекс
достаточно определенно сопоставляется с эффузивно-осадочными
образованиями. На развитие основных эффузивов в объеме комплекса
указывает и весьма тесная корреляция рельефа его поверхности с
положительными аномалиями геомагнитного поля. Однако в отличие от
Атлантического океана в АСБ комплекс развит зонально, чередуясь с
выступами нижележащих слоев коры. В пределах отмеченных выше поднятий
мощность комплекса существенно возрастает, достигая 4 км. Это наводит на
мысль о магмодиапировой или вулканогенной природе поднятий, что вполне
согласуется с данными аэромагниторазведки. По сумме приведенных данных
мы полагаем, что комплекс сформирован тафрогенными эффузивно-осадочными
образованиями. На широкое развитие процессов тафрогенного преобразования
фундамента при формировании глубоководных котловин указывал Ю.Е. Погребицкий
[Геологическое строение…, 1984].
Залегающий ниже комплекс консолидированной
коры, по сейсмодинамическим признакам, сложен массивными, неслоистыми,
уплотненными породами, характеризуется сложно-блоковой структурой и
может быть, по нашему мнению, сопоставлен с метаморфическим или
кристаллическим фундаментом, подразделяющимся по степени метаморфизма на
две толщи. Мощность этого комплекса 7-10 км, а общая мощность земной
коры, включая водный слой, достигает, по данным ГСЗ, 17-21 км.
Таким образом, можно констатировать, что
земная кора АСБ относится к переходному (субконтинентальному) типу и
образована метаморфическим и тафрогенным петрофизическими комплексами.
Последний в соответствии со взглядами ряда исследователей может
рассматриваться и в качестве промежуточного яруса [Кунин,
1989].
В основании осадочного чехла котловин
Подводников и Макарова выделяется толща, которая по сейсмодинамическим
признакам сопоставляется с вулканогенно-осадочными образованиями.
Особенно широко они развиты в присклоновых зонах предполагаемых
вулканогенных поднятий, часто замещают по латерали образования
тафрогенного комплекса, что говорит о возможности их генетической
общности. В плоскодонной части котловины нижняя часть осадочного чехла
приобретает облик трансгрессивного комплекса или даже маломощного «базальтового»
слоя в основании глубоководного бассейна, выполненного
горизонтально-слоистыми синокеаническими образованиями, относящимися к
описанным комплексам.
В северной части котловины Макарова, в зоне
его сочленения с порогом Ломоносова, в нижней части осадочного чехла
отмечается литофизический комплекс, вероятно, связанный с
грубообломочными, молассовыми образованиями.
Порог Ломоносова линией дрейфа СП-28 трижды
пересечен в приполюсной части. Один из разрезов представлен на рис. 1.
Во всех сечениях - это крупное асимметричное плосковершинное поднятие
высотой до 2 км, с крутым и коротким склоном на востоке и длинным
ступенчатым, сложно-расчлененным на западе. В волновой картине фундамент
порога выделяется сильным отражением на его поверхности, однородностью
внутреннего строения, практически отсутствием даже непротяженных
отражений, в целом пониженным поглощением энергии в его объеме. Лишь на
участках, примыкающих к разломам, крутым склонам, привершинным
дислокациям, отмечаются зоны повышенного поглощения энергии. В свете
этого мы полагаем, что фундамент порога образован весьма уплотненными
осадочно-метаморфизованными породами, а повышенное поглощение энергии
обусловлено прежде всего тектонической трещиноватостью в напряженных
зонах. На плосковершинных поднятиях порога отмечается довольно большая
мощность осадочного чехла, представленного в верхней части слоистыми
толщами синокеанических отложений, а ниже грубослоистыми породами, а
возможно, и вулканогенными образованиями, на что указывает характер
магнитного поля. Повсеместно отмечаются явные следы эрозионного срезания
слоев на крутых склонах.
На северном расчлененном склоне отмечаются
эрозионно-тектонические останцы, разделенные узкими и глубокими
каньонами, которые заполнены слоистыми и неслоистыми осадками.
У основания порога отмечены глубокие, иногда
двухъярусные компенсационные прогибы, выполненные в нижней части
неяснослоистыми, видимо, молассовыми породами, а выше слоистыми
образованиями типа турбидитов.
В целом порог Ломоносова представляется
крупным автономным геоблоком, с осадочно-метаморфической корой
континентального типа, испытавшим многократные вертикальные подвижки по
системе разломов, по-видимому, в режиме эпиплатформенной активизации,
которые сопровождались интенсивными эрозионными процессами и накоплением
продуктов эрозии во внутренних и присклоновых прогибах (каньонах).
В северной части Евразийского суббассейна
профиль пересекает котловину Амундсена, в пределах которой глубина моря
достигает 4-4,5 км (рис. 2). По данным сейсмодинамического анализа
устанавливается гетерогенность фундамента. Вблизи склона порога
Ломоносова он представлен уплотненными метаморфическими образованиями,
отличающимися заметной акустической неоднородностью, и условно
сопоставлен с нижним комплексом коры АСБ. Фундамент такого типа
прослеживается примерно на 150 км от порога Ломоносова. Далее облик
фундамента меняется: в его верхней части выделяется комплекс, который по
сейсмодинамической характеристике может быть сопоставлен со вторым
океаническим слоем коры Атлантики. В том же направлении постепенно
изменяется и нижний комплекс фундамента. Он становится более
дифференцированным, в нем возрастает коэффициент поглощения энергии, и в
южной части котловины мы сопоставляем комплекс с третьим «габброидным»
слоем океанической коры.
На юге котловины, где профиль пересекает
периферию поднятия Моррис-Джессепа, в нижней части коры отмечаются
изолированные блоки (выступы) метаморфизованного фундамента. Довольно
мощный (до 2,5 км) осадочный чехол котловины разделяется на три
комплекса. В основании разреза выделяется мощный (более 1 км),
слабослоистый, уплотненный, очевидно, молассовый или молассоидный
комплекс, образующий в северной части котловины крупную региональную
клиноформу. К югу мощность комплекса сокращается, и он постепенно
выклинивается. Поверхность его приурочена к отражающему горизонту А,
который здесь, видимо, имеет значение поверхности несогласия.
Вышележащие комплексы, сложенные нелитифицированными и
слаболитифицированными пелагическими глинистыми осадками, развиты
практически на всей площади дна котловины и выклиниваются лишь на
небольших выступах вблизи южного борта котловины, сопряженного со
склоном срединно-океанического хребта Гаккеля.
В изученном сечении хребет Гаккеля
представлен системой узких, гребневидных поднятий и межгрядовых долин с
перепадом глубин до 1500 м (см. рис. 2). Четко выделяется рифтовая
долина, огражденная высокими холмами. Верхняя часть разреза, по данным
сейсмодинамического анализа, образована породами второго океанического
слоя, сравнительно небольшой мощности (1-2,5 км), соизмеримой с высотой
холмов. Ниже залегает мощный, порядка 6 км, комплекс, сопоставляемый с
третьим океаническим слоем. Далее на глубине 6-8 км выделяется
своеобразная, сложного облика толща, по нашему мнению - «коро-мантийная
смесь».
Весьма интересны детали строения рифтовой
долины, отображенные на сейсмодинамическом разрезе. В центральной части
долины отчетливо выделяются субвертикальный (точнее, конический) канал,
образованный парой тектонических нарушений, по которым кровля третьего
слоя опущена, а подошва приподнята над смежными блоками. Внутри канала
динамика сейсмозаписи второго слоя существенно изменяется. Здесь
отсутствуют признаки поглощения энергии и появляются четкие амплитудные
аномалии, указывающие на существенную неоднородность вещества. Эти
факторы согласуются с представлением о заполнении канала пластичной
неоднородной массой, обладающей признаками базитовой магмы.
Осадочный чехол в пределах хребта Гаккеля
представлен только маломощными (до 200-300 м) слаболитифицированными
осадками, развитыми в межгрядовых долинах.
Котловина Нансена пересечена трассой дрейфа в
ее самой узкой части, в зоне ее замыкания, глубина котловины достигает
3500 м. Акустический фундамент представлен породами второго
океанического слоя. В рельефе его поверхностей раздела выделяется
сравнительно неглубокая (до 1200 м) депрессия, выполненная осадочными
породами.
В заключение можно констатировать, что
геологическая интерпретация материалов этого уникального по
протяженности сейсмопрофиля способствует пониманию особенностей
геологического строения Северного Ледовитого океана, особенно внутренней
структуры фундамента. Ряд выводов имеет гипотетический характер и
требует дальнейшей проверки, однако сопоставление с данными ГСЗ и
аэромагниторазведки свидетельствует о реальности прогнозируемого разреза.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Геологическое строение и закономерности
размещения полезных ископаемых / Под ред. И.С. Грамберга и Ю.Е. Погребицкого.
- Л.: Недра, 1984. Т. 9.
2. Верба В.В., Волк В.Э., Киселев Ю.Г.,
Краев А.Г. Глубинное строение Северного Ледовитого океана по
геофизическим данным // Структура и история развития Северного
Ледовитого океана. Л., 1986.
3. Киселев Ю.Г. Глубинная геология
Арктического бассейна. - М.: Недра, 1986.
4. Коц В.Г., Гаврилова Г.Г., Успенский В.В.
Изучение литофациальной характеристики пород осадочного чехла на основе
анализа динамических особенностей сейсмозаписи в глубоководных зонах
океана // Экспресс-информация ВИЭМС. Сер. Морская геология и геофизика.
1981. Вып. 6. С. 14-20.
5. Кунин Н.Я. Строение литосферы
континентов и океанов. - М.: Недра, 1989.
6. Методические рекомендации по обработке и
интерпретации материалов морской сейсморазведки для изучения
динамических особенностей сейсмозаписи / Под ред. В.Г.Коца. - Л.: ВНИГРИ,
1987.
7. Природа тектонических структур Северного
Ледовитого океана и их связь со структурами континентального обрамления
/ Я.И. Полькин, Ю.Г. Киселев, Ю.H. Кулаков, Б.Х. Егиазаров. - Структура
и история развития Северного Ледовитого океана. Л., 1986. С. 20-40.