В течение более 15 последних лет во ВНИИОкеангеология ведутся работы по составлению полистных геологических карт м-ба 1:1 000 000 на площади Восточно-Арктического шельфа Российской Федерации, а в последние годы и в глубоководной части Северного Ледовитого океана за пределами юрисдикции РФ. В 2016 г завершено составление листов T-1,2 и U-1,2, охватывающих поднятие Менделеева и сопряженные с ним структуры. В результате этой работы получен новый материал по структуре и магматизму указанного района. По характеру изученности наиболее информативной оказалась южная часть поднятия Менделеева на площади листов T-1,2, которая и рассматривается в настоящей статье.

Изученность

В статье использованы все доступные к 2016 г батиметрические, магнитометрические, гравиметрические и сейсморазведочные материалы отечественных и зарубежных исследований, а также результаты геологического опробования морского дна.

Батиметрическая основа для листов T-1,2 составлена в Главном Управлении навигации и океанографии Министерства Военно-морского флота РФ в 2005 г – автор Серов В.А. Сечение рельефа дна – 100 м. В нее внесены коррективы по результатам последующих сейсморазведочных работ.

Магнитометрическая и гравиметрическая изученность находится на достаточно низком уровне. Большая часть площади листов T-1,2 покрыта аэромагнитными съемками (АМС) масштаба 1:2 000 000 – 1:4 000 000. Исключением является юго-западная часть этой площади, где была выполнена в рамках проекта «Арктика -2005» высокоточная АМС масштаба 1:1 000 000.

Сходная картина складывается и с гравиметрической изученностью, которая представлена большей частью в виде сводных карт масштаба от 1:2 500 000 до 1:6 000 000. И только на той же юго-западной части площади листов T-1,2 одновременно с АМС масштаба 1:1 000 000 проведена аэрогравиметрическая съемка того же масштаба.

Резко отличается в лучшую сторону изученность площади методами сейсморазведки (рис. 1). В 2005 г одновременно здесь были проведены отечественные (в составе экспедиции «Арктика – 2005») и американские исследования. Наши работы в наледном варианте включали глубинные сейсмические зондирования (ГСЗ), зондирования методом преломленных (МПВ) и отраженных (МОВ) волн. Американские работы в составе экспедиции «HOTRAX 05» выполнялись с ледокола «Healy» и включали профили МОВ и совмещенные с ними зондирования МПВ. Решающее значение в получении геологической информации сыграли профили МОВ ОГТ, выполненные в 2008 г. исследователями Института А. Вегенера (AWI, Германия) с ледокола «Polarstern» и в 2012 г ОАО «Севморгео» с ледокола «Диксон». В последнем случае проводились также зондирования МОВ-МПВ с поверхности воды и ГСЗ с использованием донных станций.

Геологические исследования до 2012 г. носили попутный характер, выражаясь в сборе донного каменного материала (ДКМ). В экспедиции «Арктика-2012» геологические работы стали целенаправленными на опробование дна в зоне поднятия Менделеева. При опробовании использовались драга, телегрейфер, гидростатическая трубка, глубоководная буровая установка и научно-исследовательская подводная лодка с манипулятором в ее днище. Опробование проводилось целенаправленно на предварительно выбранных полигонах с эскарпами и сопровождалось оперативной видеосъемкой [Гусев и др., 2014; Gusev et al., 2017]. Кроме того, на установленных видеосъемкой коренных обнажениях были пробурены неглубокие (до 2 м) три скважины, две из которых находятся в южной части поднятия Менделеева (скв. 33 и скв. 31 на участке опробования № «0»).

Структура района

Структура южной части поднятия Менделеева и сопряженных с ним структур представлена на тектонической схеме (рис. 2) и иллюстрируется на субширотном сейсмическом профиле МОВ ОГТ 1203 ОАО «Севморгео» (рис. 3). На нем по рельефу акустического фундамента и мощности осадочного чехла отчетливо проступает ступенчато-блоковое строение данного района. Это первая характерная его особенность. Вторая особенность состоит в том, что дифференцированные смещения блоков по разделяющим их сбросам происходили одновременно с осадконакоплением, то есть разрывы являлись конседиментационными. И третья особенность выражена в достаточно резкой асимметрии поперечного профиля поднятия Менделеева с относительно крутым западным крылом и более пологим восточным. В рельефе дна собственно поднятие Менделеева представляет собой субмеридиональную зону шириной 70-80 км, которая ярко выражена на сейсмическом профиле 1203 (рис. 3). Но на этом профиле с запада и востока от поднятия Менделеева  отчетливо проступают фланговые зоны в виде Западной и Восточной предменделеевских структурных ступеней. Восточный отрезок профиля 1203 к востоку от 172º з.д. пересекает Чукотскую впадину. На крайнем востоке площади листов T-1,2 выступает Чукотский блок, отделенный от Восточной предменделеевской структурной ступени впадинами Чукотской и Менделеева. Между впадинами по распределению мощности осадочного чехла намечается Чукотско-Менделеевское поперечное поднятие. На сейсмическом профиле 1201 ОАО «Севморгео» (рис. 4) в юго-западном угу площади листов T-1,2 выделяется фрагмент прогиба Вилькицкого с хорошо проявленной проградационной слоистостью в позднемеловых-кайнозойских отложениях.

Поднятие Менделеева характеризуется минимальной мощностью осадочного чехла 0,5-1,0 км в северной части и до 1,0-1,5 км в южной, где происходит его замыкание. На севере между 78º20' и 79º20' с.ш. наблюдается коленообразный изгиб поднятия при движении на север со смещением его оси к западу на 50 км. При этом в западном крыле на участке коленообразного изгиба выделяется серия грабенов и горстов северо-западного простирания (рис. 4). Амплитуда смещений по сбросам в бортах грабенов варьирует от 0,5 до 1,5 км.  В зоне сбросов западного крыла, формирующих систему грабенов и горстов на протяжении 145 км по меридиональной линии сейсмического профиля ARC-1201 в сейсмической записи просматриваются базальты в основании осадочного чехла. Они выделяются по характерной шероховатой поверхности отражения сейсмического сигнала.

Западная и Восточная предменделеевские структурные ступени различаются между собой мощностью осадочного чехла и контрастностью внутреннего строения. В Западной ступени мощность чехла достигает 2-3 км, а в отдельных грабенах 4 км, амплитуда смещений по сбросами между отдельными блоками составляет 700-800 м и 1300-1500 м на границе с поднятием Менделеева. В восточной ступени мощность осадочного чехла не превышает 1,5-2,0 км, амплитуды сбросов первые сотни метров и в исключительных случаях достигают 500-600 м.

Чукотская впадина в рельефе дна представлена Чукотской абиссальной равниной с глубиной океана до 2200 м. Её западная и восточная границы имеют разломную природу. Наиболее ярко проявлена западная граница на сейсмическом профиле  МОВ ОГТ 1203, на котором впадина граничит с краевым горстом Восточной предменделеевской ступени по сбросу амплитудой около1800 м. На большей части впадины мощность осадочного чехла, залегающего горизонтально, достигает 4 км. На юге в зоне континентального склона мощность чехла сокращается до 3 км, а на севере у границы с Чукотско-Менделеевским поперечным поднятием до 1,5 км. Это поднятие отделяет Чукотскую впадину от расположенной севернее впадины Менделеева и является своего рода структурным мостом между Восточной предменделеевской структурой ступенью и Чукотским блоком. Структура Чукотско-Менделеевского поднятия и Чукотского блока отражена на сейсмическом профиле МОВ ОГТ 1219 ОАО «Севморгео» (рис. 5). На профиле намечается ступенчато-блоковое строение западного крыла Чукотского блока и сокращение мощности осадочного чехла к его своду в 1,5 раза.

Впадина Менделеева соизмерима по площади с Чукотской впадиной, отличаясь от последней глубиной океана до 3100-3200 м. Строение впадины отражено на диагональном профиле МОВ ОГТ 1204 ОАО «Севморгео» (рис. 6). Мощность осадочного чехла во впадине Менделеева варьирует от 1-1,5 км на крыльях до 2,5 км в отдельных грабенах, осложняющих осевую зону впадины.

Фрагмент северо-восточного крыла прогиба Вилькицкого на юго-западе площади листов T-1,2 характеризуется мощностью осадочного чехла до 4,5-5,0 км. На сейсмическом профиле МОВ ОГТ 1201 (рис. 4) видно, что нижние горизонты осадочного чехла пермско-нижнемеловые (до альбские), а возможно и древнее (средне-верхнекаменноугольные) переходят в сторону поднятия Менделеева в складчатое состояние. Вместе с тем имеется ряд признаков, указывающих на первоначально платформенную природу доальбских осадочных комплексов на поднятии Менделеева и сопряженных с ним структурах. Доальбские образования характеризуются относительно низкими сейсмическими скоростями (Vпл = 4,2-4,6 км/с), отсутствием метаморфизма, кливажирования и других признаков полной складчатости. Возможно, их деформации вызваны блоковыми движениями, сопровождавшимися торошением и дроблением пород на границах блоков, центральные части которых остались слабо измененными. В результате на сейсмических профилях среди хаотической записи акустического фундамента местами просматриваются упорядоченные рефлекторы, свидетельствующие о расслоенности, характерной для осадочного (платформенного ?) чехла.

Глубинное строение района

Основным показателем глубинного строения района является мощность земной коры (рис. 7). Она получена по результатам разработанной во ВНИИОкеангеология методики 3-D гравитационного моделирования [Глебовский и др., 2013], используемой с 2000 года для оценки мощности земной коры Центрально-Арктического бассейна в связи с проблемой внешней границы континентального шельфа РФ [Мащенков, Зайончек, 2000]. По типам коры, имеющим свои характерные особенности строения, и, прежде всего – мощность [Кашубин и др., 2013], в пределах поднятия Менделеева, прогиба Вилькицкого и Чукотского блока выделяется континентальная кора, а в пределах впадин Чукотской и Менделеева – субконтинентальная. Изменения общей мощности земной коры выражаются и в ее внутренней структуре, особенно в нижней части консолидированной коры. Мощность последней меняется от 17 до 23 км в направлении от прогиба Вилькицкого к поднятию Менделеева и от 11 км в Чукотской впадине до 18,5 км на поднятии Менделеева по профилю 1203. Верхняя мантия по данным ГСЗ характеризуется скоростью 8,0 км/с под поднятием Менделеева и скоростью 7,8 км/с – под Чукотской впадиной.

Магматизм

Присутствие магматических пород основного состава в геологическом разрезе поднятия Менделеева предполагалось по магнитометрическим данным многими отечественными и зарубежными исследователями. Наиболее обстоятельно этот вопрос рассмотрен в работе Поселова В.А. и др. [Поселов и др., 2000]. Авторы провели специальное исследование частотно-спектральных характеристик магнитных аномалий блоков литосферы Амеразийского суббассейна, включая поднятие Менделеева. В результате этого они пришли к выводу об интенсивном проявлении внутриплитного базитового магматизма на древней континентальной коре Амеразийского суббассейна, сопоставляя его с Тунгусским бассейном Сибирской платформы. Некоторые исследователи связывают магнитные аномалии хребта Альфа, являющегося, как и поднятие Менделеева, частью крупной магматической провинции Высокой Арктики (HALIP), с многоэтапным проявлением основного магматизма, начиная с мелового времени [Sweeney et al., 1982].

Первые данные о магматических породах основного состава, ответственных за характер магнитного поля поднятия Менделеева появились только в 2010 г [Морозов и др., 2013]. Из коллекций образцов высокоширотных экспедиций «Арктика-2000», «Арктика-2005» и «Polarstern-2008» (ARK-XXIII/3) отобраны образцы магматических пород поднятия Менделеева, до этого не изучавшиеся. Среди них было обнаружено 10 мелких обломков долеритов и габбро-долеритов. Их возрастные датировки по цирконам оказались от 2,6 млрд. лет до 800 млн. лет. Молодые (меловые) базальты в коллекции не обнаружены.

Непосредственно на площади листов T-1,2 при помощи сейсмофациального анализа удалось выделить тела основных эффузивов (базальты) и связанных с ними интрузивных образований (долериты). Произведенный расчет глубины залегания верхних кромок магнитоактивных тел на картируемую площадь подтвердил наличие вулканитов и интрузивов как в составе акустического фундамента, так и в осадочном чехле. Позднее такие выводы были подтверждены результатами геологического пробоотбора экспедиции «Арктика-2012». При драгировании склонов подводных гор и возвышенностей был установлен представительный комплекс обломков базальтов и долеритов предположительно эдафогенного генезиса, приуроченных к крутым тектоническим уступам. Кроме того, на крутом эскарпе плато T-3 (полигон № 0) была пробурена скважина KD12-00-33b глубиной 55 cм непосредственно в коренном выходе (рис. 8).

Полученные ⁴⁰Ar/³⁹Ar датировки по образцам из скважины на склоне плато Т-3, свидетельствуют о трех эпизодах магматической активности: 112 млн лет (альб), 100 млн. лет (альб-сеноман) и 85-73 млн. лет (кампан) [Mukasa et al., 2015]. Кроме того, севернее листов Т-1,2, на горе Трукшина была пробурена еще одна неглубокая скважина (№ KD12-06-21b). Из вулканической брекчии трахибазальтов с обохренным глинизированным матриксом удалось выделить одно зерно циркона. Зерно тонкозональное, короткопризматическое, хорошо ограненное, магматического генезиса. Содержание урана в цирконе 600 г/т, отношение Th/U 0,6. Конкордантный возраст циркона 127,5±2,7 млн лет [Морозов и др., 2013; Sergeev et al., 2013].

Наряду с широкопроявленным раннемеловым (апт-альбским) магматизмом на площади листов Т-1,2 установлены признаки более молодого миоцен-четвертичного магматизма. На сейсмическом профиле МОВ ОГТ 1201 ОАО «Севморгео» отчетливо видны два штока базитов, внедрившихся в толщу осадочного чехла (рис. …). Кровля наиболее крупного южного штока на широте 77º32' залегает на глубине 280 м от поверхности дна. При этом верхние слои осадочного чехла над штоком деформированы с образованием локального поднятия на поверхности дна амплитудой 150 м и диаметром около 8 км. На батиметрической карте показано аналогичное поднятие  в рельефе дна той же амплитуды, но отстоящее от положения поднятия над штоком в 5 км к северо-востоку. Не исключено, что это одно и то же поднятие, положение которого  на батиметрической карте оказалось ошибочным из-за ошибки в определении местоположения. Второй более мелкий шток отстоит от первого в 40 км к северу. Его кровля залегает на глубине 700 м от поверхности дна. Залегающие над штоком отложения деформированы в интервале мощности около 300 м.

Исходя из установленной связи между внедрившимися штоками базитов и образованием над ними локальных поднятий в осадочном чехле были проанализированы все локальные поднятия общим количеством более 20. По разным причинам удалось  отбраковать более половины из них, но восемь локальных поднятий выделены, как предполагаемые проявления молодых (миоцен-четвертичных) штоков базитов. Три из них ложатся на линию заверенного сейсмическими профилями разлома, который трассируется от границы Восточно-Менделеевской структурной ступени с Чукотской впадиной на юге и далее на север через Чукотско-Менделеевское поперечное поднятие в осевую зону впадины Менделеева.

По положению в разрезе и характеру соотношения с вмещающими породами нами предполагаются интрузивные и эффузивные тела двух возрастных генераций. Во-первых, это крупные тела (силлы ?) мелового возраста. Меловые базальты образуют вытянутые тела, размерами по длинной оси до 150-200 км и тяготеют к осевой части поднятия Менделеева.

Молодые, предположительно, миоцен-четвертичные базальты (долериты?) большей частью приурочены к зонами тектонических нарушений и образуют субвертикальные дайковые тела, а также согласные с вмещающими породами силлы, внедряющиеся в осадки олигоцен-миоценового возраста. Миоценовые базальты распространены преимущественно в пределах Поднятия Менделеева.

Результаты количественной интерпретации магнитометрических данных показали хорошую сходимость с результатами интерпретации сейсмических данных. По расчетам глубины залегания кромок магнитоактивных тел также удается выделить комплекс неглубокозалегающих аномалеобразующих объектов, которые коррелируются с динамически выраженными рефлекторами на профилях МОВ ОГТ, интерпретируемыми как магматические тела.

Как известно, апт-альбские базальты установлены и датированы на поднятии Де-Лонга [Виноградов и др., 1975, Силантьев и др., 1991; Федоров и др., 2005], миоцен-эоплейстоценовые эффузивы известны на о-вах Жохова и Вилькицкого [Богдановский и др., 1993].

Список литературы

Богдановский О.Г., Силантьев С.А., Карпенко С.Ф., Минеев С.Д., Савостин Л.А. Древние мантийные ксенолиты в молодых эффузивах о. Жохова (архипелаг Де-Лонга) // Докл. АН СССР. 1993. Т. 330. № 6. С. 750-753.

Виноградов В.А., Каменева Г.И., Явшиц Г.П. О Гиперборейской платформе в свете новых данных по геологическому строению острова Генриетты // Тектоника Арктики, вып. 1, Л. НИИГА. 1975. С. 21-25.

Глебовский В.Ю., Астафурова Е.Г., Черных А.А., Корнева М.С., Каминский В.Д., Поселов В.А. Мощность земной коры в глубоководной части Северного Ледовитого океана: результаты 3-D гравитационного моделирования // Геология и геофизика. 2013. Т. 54. № 3. С. 327-344.

Гусев Е.А., Лукашенко Р.В., Попко А.О., Рекант П.В., Миролюбова Е.С., Пяткова М.Н. Новые данные о строении склонов подводных гор поднятия Менделеева (Северный Ледовитый океан) // Доклады РАН. 2014. Т. 455. № 2. С. 184-188.

Кашубин С.Н., Павленкова Н.И., Петров О.В., Мильштейн Е.Д., Шокальский С.П., Эринчек Ю.М. Типы земной коры циркумполярной Арктики // Региональная геология и металлогения. 2013. № 55. С. 5-20.

Мащенков С.П., Зайончек А.В. Мощность земной коры Центрально-Арктического бассейна по результатам трехмерного гравитационного моделирования // Геологическое строение и геоморфология Северного Ледовитого океана в связи с проблемой внешней границы континентального шельфа Российской Федкрации в Арктическом бассейне. СПб, ВНИИОкеангеология, 2000. с. 85-93.

Морозов А.Ф., Петров О.В., Шокальский С.П., Кашубин С.Н., Кременецкий А.А., Шкатов М.Ю., Каминский В.Д., Гусев Е.А., Грикуров Г.Э., Рекант П.В., Шевченко С.С., Сергеев С.А., Шатов В.В. Новые геологические данные, обосновывающие континентальную природу области Центрально-Арктических поднятий // Региональная геология и металлогения. 2013. № 53. С. 34-55.

Поселов В.А., Павленкин А.Д., Погребицкий Ю.Е., Каминский В.Д., Мурзин P.P., Сорокин М.Ю. Структура литосферы Арктического бассейна по сейсмическим данным в связи с проблемой внешней границы континентального шельфа России // Разведка и охрана недр. 2000. № 12. С. 48-54.

Силантьев С.А., Богдановский О.Г., Савостин Л.А., Кононкова Н.Н. Магматизм архипелага Де-Лонга (Восточная Арктика); петрология и петрохимия эффузивных пород и ассоциирующих с ними ксенолитов (острова Жохова и Вилькицкого) // Геохимия. 1991. № 2. С. 267-277.

Федоров П.И., Флеров Г.Б., Головин Д.И. Новые данные о возрасте и составе вулканических пород острова Беннетта (Восточная Арктика) // Доклады Академии наук. 2005. Т. 400. № 5. С. 666-670.

Gusev E., Rekant P., Kaminsky V., Krylov A., Morozov A., Shokalsky S., Kashubin S. Morphology of seamounts at the Mendeleev Rise, Arctic Ocean // Polar Research. 2017. Vol. 36. Is. 1, 1298901

Mukasa S.B., Mayer L.A., Aviado K., Bryce J., Andronikov A., Brumley K., Blichert-Toft J., Petrov O., Shokalsky S. Alpha/Mendeleev Ridge and Chukchi Borderland ⁴⁰Ar/³⁹Ar Geochronology and Geochemistry: Character of the First Submarine Intraplate Lavas Recovered from the Arctic Ocean // Geophysical Research Abstracts. 2015. Vol. 17, EGU2015-8291-2.

Sergeev S.A., Petrov O.V., Morozov A.F., Kremenetsky A.A., Gusev E.A., Shevchenko S.S., Krymsky R.Sh., Belyatsky B.V., Antonov A.V., Rodionov N.V. Volcanic rocks of the Mendeleev Ridge (Arctic ocean) – evidence for existence of the Large Igneous Provinces within Arctic Region: on the data of the high Arctic Russian expedition “Arctic-2012” // Geophysical Research Abstracts. 2013. Т. 15. P. 13484.

Sweeney J.F., Weber J.R., Blasco S.M. Continental ridge in the Arctic ridges, LOREX constraints // Tectonophysics. 1982. Vol. 89. P. 217-238.

Ссылка на статью:

Виноградов В.А., Гусев Е.А., Артемьева Д.Е., Черных А.А. Структура и магматизм южной части поднятия Менделеева // 70 лет в Арктике, Антарктике и Мировом океане. Сборник научных трудов (под ред. В.Д. Каминского, Г.П. Аветисова, В.Л. Иванова). СПб.: ВНИИОкеангеология, 2018. C. 48-55.