В рамках программы «Международный полярный год» с 30 декабря 2008 г. по 29 января 2009 г . на северо-западе Баренцева моря, континентальном склоне и хребте Книповича был проведен 26-й рейс НИС «Академик Николай Страхов» Геологического института РАН (начальник экспедиции - А.В. Зайончек) (рис. 1). Задачей рейса было изучение геологического строения и эволюции Норвежско-Гренландского бассейна и северо-западной части Баренцева моря согласно программам Президиума Российской Академии наук №16, «Изменения окружающей среды и климата: природные катастрофы», № 17, «Фундаментальные проблемы океанологии: физика, геология, биология, экология» (проекты «Сравнительное изучение эволюции и современной структуры континентальных окраин Восточной Атлантики и Арктики», Отделения наук о Земле № 14, «История формирования бассейна Северного Ледовитого океана и режим современных природных процессов Арктики», а также программы Геологического института РАН и Норвежского нефтяного директората «Позднемезозойская-кайнозойская тектоно-магматическая эволюция баренцевоморского шельфа и континентального склона как ключ к палеогеодинамическим реконструкциям в Северном Ледовитом океане» (руководители - А.В. Зайончек и Х. Брекке).

Во время экспедиции сбор данных о рельефе дна и наиболее верхних частях осадочного чехла был осуществлен гидроакустической системой RESON, которая включает многолучевые эхолоты SeaBat-8111 (мелководный) и SeaBat-7150 (глубоководный), а также высокочастотный профилограф EdgeTech-3300. Съемка сопровождалась непрерывным сейсмическим профилированием (НСП), которое проводилось комплексом разработки ГИН РАН. При станционных работах проводились измерения теплового потока и скорости звука зондами ГЕОС-М и SVP-24 соответственно. Значения теплового потока получены на 20 станциях, а на 4 проведено измерение скорости звука в воде. Общая протяженность маршрутной съемки с эхолотированием и высокочастотным профилированием - 6200 км , а дополненной сейсмопрофилированием - 3000 км .

Информация о строении верхней части осадочного чехла и рельефа в исследуемом районе крайне скупа. В работе [Гусев и Шкарубо, 2001] приведены данные о строении верхней части осадочного чехла в районе хребта Книповича, в работе [Шлыкова и др., 2008] - в троге Стур-фьорд к югу от архипелага Шпицберген. Важным является упоминание о наличии газогидратов и структур их разгрузки к востоку от о. Медвежий [Lammers et al., 1995].

Первоначально было запланировано провести исследование в троге Стур-фьорд, но ледовая обстановка позволила закартировать только его южный борт. В дальнейшем работы были продолжены на континентальном склоне и на хребте Книповича и северо-западном фланге хребта Мона (рис. 1) в продолжение съемок 24-го и 25-го рейсов. В публикации представлены основные результаты работ.

Шельф и континентальный склон. В процессе проведения высокоточной многолучевой батиметрической съемки в пределах шельфовой части устья трога Стур-фьорд установлено существенное несоответствие данных IBCAO [2005] полученной информации о рельефе, которое достигает 220 м . Выявлено, что днище трога изрезано многочисленными бороздами, условно отнесенными к двум группам: линейные (предположительно тектонического генезиса) и ледниковые борозды выпахивания. Линейные борозды север - северо-восточного простирания имеют протяженность до 10 км , расстояние между бортами наиболее крупных из них 400 м , а относительная глубина 15 м . В структурном плане они сгруппированы в виде полосы шириной порядка 7 км . Основная часть борозд выпахивания не имеет определенного направления. Некоторые из них сгруппированы в субпараллельные системы и отличаются в структурном плане от тектонических извилистыми очертаниями форм борозд. По соотношению этих форм рельефа предварительно можно предположить, что они были сформированы в разные этапы. Борозды исчезают на глубинах около 500- 600 м , глубже которых рельеф континентального склона выровнен.

По данным профилографа характер акустической стратификации пород дна меняется от непрозрачного, связанного с обнажением консолидированных пород, до переслаивания акустически хорошо стратифицированных пачек мощностью 2- 3 м . На северном обрамлении Медвежинского поднятия установлены протяженные выходы коренных пород. Интенсивность отражения и характер записи позволяют проинтерпретировать их как дайки (рис. 2а). Подобные выходы, над которыми присутствуют локальные положительные магнитные аномалии, отмечены к север-северо-западу от района работ [Мусатов, 1996]. Выходы интрузивных образований на поверхность дна свидетельствуют о происходившем/происходящем подъеме дна, приводящем к эрозии вмещающих пород.

На глубине около 20- 25 м наблюдается придонный рефлектор, который в целом повторяет контуры дна, но не соответствует в местах изрезанности дна бороздами выпахивания (рис. 2б). Наиболее вероятно, что он имеет физическую, а не стратиграфическую природу и является либо термальной границей, либо границей зоны стабильности газогидратов. В северной части трога Стур-фьорд появляется устойчивый трехслойный характер рефлекторов, конформных рельефу дна. Подобная ситуация характерна для осадочных толщ, сформированных при ритмичном поступлении терригенного материала.

В северо-восточной части района обнаружен рефлектор с резким увеличением динамики отражений (рис. 2б). Он приближен к поверхности дна в середине кольцеобразной морфоструктуры рельефа. Можно выдвинуть два объяснения: происходит начальный этап разгрузки газогидратов, перешедших в подвижное флюидное состояние; зафиксирована кровля магматического тела, которому, по данным [Olesen et al., 1997], соответствует изолированная магнитная аномалия. В этом же районе, в водяной толще, нами выявлены акустические помехи, сходные с газовыми факелами. Этот район требует специального изучения.

Зона шельфа и трога Стур-фьорд по данным НСП подвержена эрозии и содержит рефлекторы типа BSR (bottom simulated reflector). Большая часть чехла, «видимая» методом НСП, датируется средне-позднеплиоценовым временем [Шлыкова и др., 2008]. Она содержит ледниковые проградационные дельты со специфической волновой картиной. Переход от бровки шельфа к склону сопровождается увеличением мощности шельфовых сейсмокомплексов.

Хребет Книповича. В рельефе изученного сегмента хребта Книповича проявлены рифтовая долина и рифтовые горы западного борта хребта, являющиеся квестоподобными выступами акустического фундамента. На восточном борту располагаются отдельные поднятия акустического фундамента в обрамлении осадочного чехла (рис. 3). В районе полигона на западном борту хребта выделяется две параллельные системы поднятий, разделенные понижением, заполненным осадочным чехлом. Восточный борт в районе работ отличается выровненным рельефом с хорошо различимым контуром проседания осадков с перепадом около 60- 120 м (рис. 1 и 3). Рифтовая долина имеет U-образный профиль при ширине днища 10 км , ширина от бровки до бровки составляет около 20 км . Днище долины осложнено уступами, имеющими простирание северо-восток - юго-запад и являющимися сколами Риделя, ориентированными под углом около 35° к оси рифта, являющегося структурой растяжения [Crane et al., 2001]. Относительная высота уступов достигает 200 м над днищем долины. В долине зафиксирована вулканическая постройка центрального типа.

В районе континентального подножия около депрессии рельефа на восточном борту хребта Книповича по данным профилографа наблюдается переход к пелагическому осадконакоплению и присутствие различных видов деформаций, затрагивающих верхние 100 м осадочного чехла: сбросовых, взбросовых и пликативных, не наблюдаемых на западном борту хребта. Это означает современную подвижность структуры на востоке. Характер стратификации осадков на западном борту резко отличен от восточного, и это говорит о том, что отложения турбидитных потоков не имеют прямого продолжения через хребет. Отложения конусов выноса как в сжатых разрезах, так и в раздутых линзах переслаиваются и налегают друг на друга таким образом, что в целом разрез по линии абиссаль-шельф имеет отчетливо трансгрессионный вид.

По данным НСП переход от континентального склона к подножию отмечается фациальной сменой в картине волнового поля с акустически прозрачных комплексов с хаотичным нестратифицированным внутренним строением на более контрастные и коррелируемые рефлекторы (рис. 4) удаленных частей конуса выноса. Вблизи хребта отмечаются сбросовые нарушения, особенно в районе «цирка проседания» между 74°40' и 75°20' с.ш. Местами встречаются узкие зоны со взбросовыми нарушениями. Это говорит о сложной динамике растяжения в данном районе, продолжающейся в настоящее время. Амплитуда проседания акустического фундамента в районе «цирка» может составить 300- 400 м . Амплитуда сброса рифтовой долины по краю осадков в данном сегменте хребта достигает 1.5 км . В районе широты 75°5' на глубине около 200 м на субмеридиональном профиле рефлектор на глубине около 150 м испытывает резкое погружение по сбросу амплитудой около100 м, что, скорее всего, показывает продолжение сколов Риделя по касательному напряжению в восточном борту хребта на удалениях от его оси не менее 65 км .

Хребет Мона. Район съемки расположен на южном борту медленноспредингового хребта Мона. Рельеф полигона выровнен, с отдельными поднятиями, являющимися выходами акустического фундамента. Источником терригенного материала служит конус выноса трога Медвежий. По данным профилирования и эхолотирования в юго-западной части полигона выделяется конседиментационая депрессия, под которой наблюдается сброс с амплитудой около 20 м , что свидетельствует о локальном растяжении. Выходы фундамента представляют собой две горы, наиболее высокая из которых расположена ближе к хребту Мона, вершина горы располагается на глубине 1900 м , относительная высота около 1000 м . Вторая гора представляет собой вытянутое в юго-западном направлении поднятие с относительной высотой около 500 м .

По данным профилографа на южном борту хребта Мона направление сноса осадочного материала ориентировано с востока на запад, и в пределах полигона наблюдается переход от переслаивания линз средней зоны конуса выноса к его удаленной части со сжатым разрезом. Направление источника сноса терригенного материала с севера на юг практически исключено. Как было сказано выше, в пределах полигона наблюдается депрессия северо-западной ориентации, заполненная конседиментационными осадками переменной мощности. На профилях, перпендикулярных направлению сноса материала конуса выноса трога Медвежий, устанавливается мощность осадочного чехла до 900 м , с динамикой сейсмофаций, свойственной средним и удаленным частям конуса выноса, с возможной примесью вулканокластического материала. Переход к пелагическому осадконакоплению происходит на удалениях около 350 км от устья трога Медвежий, что в два раза дальше аналогичного перехода на конусе трога Стур-фьорд.

Тепловой поток. Измерения температуры водной толщи, теплопроводности и теплового потока (ТП) проводились на 20 станциях (рис. 1). На 15 из них получены кондиционные значения глубинного ТП, на остальных пяти зафиксирован теплопоток, искаженный экзогенными факторами: придонными течениями, периодическими сезонными колебаниями температуры дна и, возможно, наличием линз мерзлых пород в донных осадках. Значения ТП хорошо согласуются с представлениями о его зависимости от возраста второго слоя океанической коры: увеличение ТП происходит по мере уменьшения возраста второго слоя океанической коры и приближения к оси спрединга на хребте Книповича. Кроме того, измеренные значения хорошо согласуются с ранее полученными данными других исследований для этого района [Eldholm et al., 1999; Sundvor et al., 2000].

Измеренные in situ значения теплопроводности находятся в пределах 0.77-1.15 Вт/(м · К). Мы не отмечаем каких-либо закономерностей в распределении значений теплопроводности. Среднее значение теплопроводности по всем станциям составляет 0.96 Вт/(м · К).

Температуры на поверхности воды повсеместно положительные. Нулевая изотерма расположена на глубинах от 500 до 950 м . На всех профилях можно видеть разрез водной толщи с хорошей стратификацией по температуре. Максимальная температура зафиксирована на ст. 2603, расположенной на континентальном склоне в полосе Северо-Атлантического течения. Она составляет 5.8°С на глубине от 0 до 240 м . Минимальные температуры (-0.75°С) зафиксированы на ст. 2605, 2617 и 2618 на глубинах от 1220-1450 до 1251- 1533 м . Полученные новые результаты важны для понимания роли северной ветви Гольфстрима в формировании придонных термических условий.

Анализ имеющихся данных скважинных и зондовых измерений в Баренцевом море позволяет говорить о тенденции повышения теплового потока в северо-восточном и северо-западном направлениях. Так, в зоне сочленения Кольской микроплиты и Балтийского щита среднее значение теплового потока составляет 54 мВт/м², а в районах Северо-Баренцевоморской впадины и Центрально-Баренцевоморского поднятия - 70 мВт/м². Мы ранее связывали такую тенденцию тренда теплового потока с приближением к Северо-Атлантическому центру спрединга и соответствующим омоложением континентальной коры [Хуторской и др., 2003; 2009]. Полученные новые данные о тепловом потоке в северо-западной части моря подтверждают высказанное предположение.

Выводы. Установлен подъем области шельфа в районе к северу от о. Медвежий, в результате которого протекают интенсивные эрозионные процессы, являющиеся источником терригенного материала для конусов выноса, заполняющих пространство от края шельфа до хребта Книповича. Неровности рельефа в устье трога Стур-фьорд показывают наличие тектонической трещиноватости в области интенсивного изостатического процесса в зоне перехода континент-океан, при котором происходит изгиб коры. Характер следов движения айсбергов при оледенении показывает, что они сформированы в разное время.

Съемка в районе сегмента хребта Книповича от 74°40' до 75°20' с.ш., показывает интенсификацию современных неотектонических процессов на восточном борту рифтовой долины вместе с увеличением ее амплитуды до максимальной, зафиксированной на всем протяжении хребта. Характер деформаций осадочного чехла свидетельствует о продолжении сколов Риделя под осадками на восточном борту и подтверждает правосдвиговую модель зоны хребта.

Съемка в районе южного борта хребта Мона показала неотектоническую активность на фланге в виде депрессии северо-западной ориентации со сбросовым нарушением. Источником сноса осадочного материала, отлагающегося к югу от хребта, является трог Медвежий.

Получены геотермические данные, подтверждающие высказанное ранее предположение о зависимости теплового потока от возраста коры в северной части Атлантического океана. Получены данные о температурах водной толщи в районе континентального склона западной окраины Баренцева моря.

Авторы выражают благодарность экипажу НИС «Академик Николай Страхов», осуществившему нелегкую навигацию судна в зимний период.

Работы выполнены при финансовой поддержке программ Президиума РАН № 16, 17, программы Отделения наук о Земле РАН № 14 и Норвежского нефтяного директората.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Гусев Е.А., Шкарубо С.И. Аномальное строение хребта Книповича // Рос. журн. наук о Земле. 2001. Т. 3. № 2.

2. Мусатов Е.Е. Распространение кайнозойского чехла на Баренцевском шельфе между архипелагами Шпицберген и Земля Франца Иосифа // Океанология. 1996. Т. 36. № 3. С. 444-450.

3. Шлыкова В.В., Казанин Г.С., Павлов С.П. и др. Сейсмостратиграфическая характеристика осадочного чехла Южно-Шпицбергенского шельфа и перспективы нефтегазоносности // Разведка и охрана недр. 2008. № 8. С. 39-44.

4. Хуторской М.Д., Леонов Ю.Г., Ермаков А.В., Ахмедзянов В.Р. Аномальный тепловой поток и природа желобов в северной части Свальбардской плиты // ДАН. 2009. Т. 424. № 2. С. 227-233.

5. Хуторской М.Д., Подгорных Л.В., Грамберг И.С., Леонов Ю.Г. Термотомография Западно-Арктического бассейна // Геотектоника. 2003. № 3. С. 79-96.

6. Crane E., Doss H., Vogt P. et al. The role of the Spitsbergen shear zone in determining morphology, segmentation and evolution of the Knipovich Ridge // Mar. Geophys. Res. 2001. V. 22. P. 153-205.

7. Eldholm O., Sundvor E., Vogt P.R. et al. SW Barents Sea continental margin heat flow and Håkon Mosby Mud Volcano // Geo-Marine Lett. 1999. V. 19. № 1-2. P. 29-37.

8. IBCAO. International Bathymetric Chart of Arctic Ocean . 2005. (http://www.ngdc.noaa.gov/mgg/bathyrnetry/arctic/arctic.html).

9. Lammers S., Suess E., Hovland M. A large methane plume east of Bear Island (Barents Sea): implications for the marine methane cycle // Geol. Rundsch. 1995. Bd. 84. S. 59-66.

10. Olesen O.G., Gellein J., Habrekke H. et al. Magnetic Anomaly Map of Norway and Adjacent Ocean Areas. Scale 3 million. Geological Survey of Norway . 1997.

11. Sundvor E., Eldholm O., Gladczenko T.P., Planke S. Norwegian-Greenland sea thermal field // Geol. Soc. London. Spec. Publ. 2000. V. 167. P. 397-410.