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 А_ф, 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.