В понимании природы и условий образования Северного Ледовитого океана ключевым является вопрос о глубинном строении земной коры. В 1989-1991 гг. в результате осуществления комплексной программы «Трансарктика» НПО «Севморгеология» получен новый геофизический материал по региональному профилю протяженностью 1400 км. Профиль был пройден от островов Де-Лонга в шельфовой зоне Восточно-Сибирского моря до котловины Макарова в глубоководной части Северного Ледовитого океана.

В комплекс геофизических исследований на геотраверзе входили: аэромагнитная съемка масштаба 1:500 000 в полосе шириной 100 км, профильные работы ГСЗ, MOB и гравиметрические наблюдения.

Уникальность Арктического геотраверза состоит в том, что единым методическим комплексом изучены различные морфоструктурные зоны земной поверхности: шельф, континентальный склон, абиссальные котловины океана - котловина Подводников и котловина Макарова. В результате комплексной интерпретации всего геофизического материала впервые был построен столь протяженный глубинный разрез земной коры в Азиатском секторе Северного Ледовитого океана (рис. 1).

Основным реперным материалом при построении разреза были сейсмические границы отраженных и преломленных волн и скоростная характеристика границ, полученная при обработке материалов ГСЗ. Обобщенная скоростная модель земной коры на основании эмпирической зависимости σ = Av + В была переведена в плотностную. С применением современного программного обеспечения решена задача совместной интерпретации гравиметрических и сейсмических материалов и создана комплексная модель земной коры, удовлетворяющая наблюденным волновому и гравитационному полям.

Полученный в итоге глубинный разрез освещает строение земной коры на всю ее мощность до поверхности мантии. На нем отчетливо проявилось слоисто-блоковое строение земной коры на всем протяжении профиля (табл. 1).

На глубинном разрезе видны два основных тектонических элемента - северный край Азиатского континента и океанические структуры Амеразийского суббассейна. Между ними располагается узкая пограничная зона, соответствующая континентальному склону. Каждый из этих тектонических элементов представляется в виде серии блоков, разделенных крупными разломами.

Окраина Восточно-Сибирского шельфа пересечена профилем в районе поднятия Де-Лонга, которое на севере сопряжено с моноклинальным погружением, обращенным к внешнему краю шельфа. На океанической части профиля обособляются две котловины - Подводников и Макарова. На северном конце профиля установлено поднятие, которому в плане соответствует седловина, разделяющая эти две котловины. Кроме того, в структуре котловин Подводников и Макарова выделяется еще ряд блоков.

Каждый из выделенных блоков обладает отчетливо выраженной слоистой структурой. В пределах океанических блоков уверенно различаются два приблизительно равных по мощности слоя - осадочный и базальтовый, постепенно утоняющиеся в северном направлении. Общая мощность коры изменяется от 18-20 км на юге котловины Подводников до 10-12 км в котловине Макарова. Нижнюю часть осадочного слоя повсеместно составляет толща относительно высокоскоростных (5.5-5.8 км/с) образований, в разрезе которых, судя по магнитометрическим данным, присутствуют магматические породы. Мощность этой вулканогенно-осадочной толщи меняется по профилю не столь заметно, как выше- и нижележащих пород.

Более сложное строение имеет земная кора в зоне континентального склона. Здесь в ее разрезе появляется гранитно-метаморфический слой, мощность которого быстро растет в южном направлении и достигает 12 км у бровки шельфа. Заметно увеличивается также мощность осадочного слоя. В итоге общая мощность коры на склоне возрастает от 20 до 32 км. Слоистая структура коры осложнена здесь серией ступенчатых сбросов.

Далее к югу в пределах шельфа общий характер строения континентальной коры сохраняется, но одновременно с ее утолщением (до 40 км) сокращается осадочный слой (до 1-2 км и менее). В составе последнего присутствуют вулканиты.

Наряду с этими региональными тенденциями постепенного изменения структуры коры по линии профиля можно отметить и локальные особенности. На рис. 1 видно, что на границах крупных блоков происходит не постепенное, а скачкообразное изменение одновременно нескольких параметров. Это указывает на то, что переход от одного типа коры к другому представляется в виде дискретного ряда блоков, неоднородных по геологическому строению.

Земная кора котловины Макарова отличается сокращенной мощностью коры (10-12 км) и низкоскоростных осадков (1-2.5 км) при средней мощности вулканогенно-осадочных образований нижней, относительно высокоскоростной толщи 4-5 км. Магнитные тела имеют широкое распространение в верхах разреза - в осадочных образованиях верхней осадочной толщи. Скоростной разрез котловины характеризуется повышенными значениями: на поверхности базальтового слоя 7.0-7.4 км/с, а на поверхности мантии 8.1-8.4 км/с. Судя по этим характеристикам, земная кора котловины Макарова может быть отнесена к коре океанического типа.

По сравнению с ней кора котловины Подводников обладает рядом существенных отличий: мощность коры достигает 22 км, а осадочного слоя 10-12 км. Повсеместно в разрезе осадочного слоя, кроме низкоскоростной толщи (2.5-3.0 км) и высокоскоростной, вулканогенно-осадочной (1.5-5 км), выделяется залегающая между ними толща с промежуточными значениями скоростей (3.7-5.0 км/с), с мощностью в южной части котловины до 5 км. Ее кровля совпадает с поверхностью «акустического» фундамента. Магнитные тела приурочены преимущественно к низам осадочного слоя (к вулканогенно-осадочной толще) и к поверхности базальтового слоя. Скоростные параметры этого слоя и поверхности мантии по сравнению с котловиной Макарова характеризуются более низкими значениями - соответственно 6.8-7.1 и 7.6-8.0 км/с.

Суммируя все характеристики разреза земной коры вдоль геотраверза, можно подчеркнуть следующие основные выводы.

С удалением к северу от бровки шельфа резко меняется глубинное строение земной коры. От глубоководных океанических впадин Северного Ледовитого океана континентальная плита отделяется серией глубинных разломов, заложение которых произошло до накопления осадочно-вулканогенной толщи и осадочной толщи со скоростями 5.0-5.3 км/с, сформировавших наиболее древнюю часть разреза периконтинентального прогиба.

Существенно иной по сравнению с континентальной окраиной тип разреза земной коры установлен для абиссальных котловин Подводников и Макарова. Повсеместно развитый здесь слой осадочных пород представлен в различных блоках разновозрастными толщами. Наиболее древними в котловине Макарова являются породы со скоростями 2.5-2.7 км/с, а в котловине Подводников 5.0-5.3 км/с. По аналогии с разрезами сопредельных регионов эти отложения сопоставляются соответственно с верхами и низами мезозоя [Верба и др., 1986; Виноградов и др., 1976]. Вулканогенно-осадочная толща высокоскоростных образований (5.5-6.0 км/с) подстилает разновозрастные образования мезозоя и, вероятно, также является диахронной. Она отличается весьма изрезанным, расчлененным рельефом кровли, который по степени дифференцированности может быть сопоставлен с рельефом второго океанического слоя, детально изученного работами на СП-28 в абиссальных котловинах Амундсена и Нансена [Верба и др., 1990; Грамберг и др., 1991].

Магматические образования распределены по разрезу весьма неравномерно. На шельфе и в котловине Макарова они приурочены к верхам разреза, а на юге котловины Подводников и континентальном склоне спускаются вниз по разрезу до основания пород с пластовыми скоростями 5.0-5.3 км/с. В столь же широком диапазоне встречаются магматические образования на Новосибирских островах (верхний палеозой - нижний мел). На Северной Земле и поднятии Де-Лонга начало магматической активности определено более точно как пермо-триас [Грамберг, 1984; Грамберг и др., 1986].

Исходя их этих сведений, можно полагать, что магматизм в пределах котловин Подводников и Макарова был диахронным и, последовательно перемещаясь к северу и отчасти к югу из зоны сочленения котловины Подводников с континентальным склоном, постепенно омолаживался.

Одновременно с изменением состава и возраста пород осадочного слоя закономерно меняется состав коры и верхней мантии. Основанием для вулканогенно-осадочной толщи повсеместно служит «базальтовый» слой, скоростные параметры которого меняются от 6.8 до 7.4 км/с, причем большие значения соответствуют более глубоководным районам. На поверхности мантии граничные скорости изменяются с той же закономерностью от 7.6 до 8.4 км/с.

Таким образом, прослеживая изменения структуры земной коры вдоль геотраверза, можно констатировать, что обрушение северного края массива Де-Лонга, начавшись в конце палеозоя, в течение первой половины мезозоя последовательно охватило всю котловину Подводников, а затем и котловину Макарова. Асейсмичность в настоящее время рассматриваемой области океанического дна, наличие развитого чехла молодых (меловых и моложе) осадков и изостатическая уравновешенность всех блоков земной коры по профилю показывают, что период активного тектогенеза здесь давно закончился (вероятно, к началу мела) и начиная с этого времени обе котловины начали развиваться по единой модели молодой плиты. В котловине Подводников, где режим плитного осадконакопления установился, вероятно, еще в начале мезозоя, переходный тип строения коры отражает, следовательно, ее состояние на промежуточной стадии развития от океанической котловины к континентальной плите.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Верба В.В., Волк В.Э., Губернов А.П. // ДАН. 1990. Т. 315. №2. С. 442-445.

2. Верба В.В., Волк В.Э., Кисилев Ю.Г. В кн.: Структура и история развития Северного Ледовитого океана. Л., 1986. С. 54-71.

3. Виноградов В.А., Гапоненко Г.И., Грамберг И.С. // Советская геология. 1976. № 9. С. 23-38.

4. Грамберг И.С. // Советская геология. 1984. № 7. С. 32-41.

5. Грамберг И.С., Косько М.К., Погребицкий Ю.Е. // Советская геология. 1986. № 8. С. 60-72.

6. Грамберг И.С., Киселев Ю.Г., Коновалов В.В. // Советская геология. 1991. №3. С. 45-54.

Ссылка на статью:

Грамберг И.С., Верба В.В., Кудрявцев Г.А., Сорокин М.Ю., Харитонова Л.Я. Строение земной коры Северного Ледовитого океана по геотраверзу острова Де-Лонга - котловина Макарова // Доклады Академии Наук. 1993. Т. 328. № 4. С. 484-486.