Рассмотрены представления о геологическом разрезе юго-западной части поднятия Менделеева, относящегося к Восточно-Арктическим поднятиям Северного Ледовитого океана. Представления сложились на основании анализа материалов, полученных при батиметрической съёмке, видеонаблюдении и опробовании дна с помощью технических средств научно-исследовательской подводной лодки. Выделена нижняя толща кварцитопесчаников и доломитов видимой мощностью ∼230 м, залегающая в низах видимого разреза между глубинами 1500–1270 м. Со стратиграфическим и угловым несогласием она перекрывается верхней толщей известняков и песчаников видимой мощностью 40 м. Нижняя толща прорывается субвулканическим комплексом вулканитов составом от базальтов до андезитов, а в низах склона к ней прислоняется туфовая толща видимой мощностью 50 м.

Крупнейшие структуры Амеразийской части Северного Ледовитого океана (СЛО) - Восточно-Арктические поднятия, к числу которых относится поднятие Менделеева. Изучение их геологии - трудная задача, поскольку большую часть года акватория СЛО над поднятиями покрыта льдами. В этой связи новые данные о строении океанического дна в данном мало исследованном регионе представляют большой научный интерес.

Обширный материал о составе пород и строении поднятия Менделеева был получен в 2012 г. в экспедиции «Арктика-2012» [Гусев и др., 2014; Морозов и др., 2013; 2014]. Образцы горных пород добыты с научно-исследовательской подводной лодки (НИПЛ) бурением и драгированием. Однако у специалистов, занимающихся геологией СЛО, возникают сомнения по поводу природы драгированных образцов, составляющих основной объём каменного материала, поскольку существует перенос каменного материала льдами и айсбергами с суши на акваторию [Гусев, 2014], а чёткие критерии отличия дрифтового материала от пород, сформировавшихся in situ, отсутствуют. Драгированный материал не позволяет также определить положение в геологическом разрезе пород различного состава и возраста.

Принимая во внимание эти проблемы, в 2014 г. с помощью технических средств НИПЛ в юго-западной части поднятия Менделеева были проведены батиметрическая съёмка, видеодокументирование и опробование коренных обнажений дна, которые позволили надёжно охарактеризовать геологический разрез этого поднятия. Полигон работ в координатах 78°09´–78°15´ с.ш., 178°58´–179°20´ з.д. (рис. 1). Предварительно на основе анализа данных сейсмического профилирования в районе этого полигона были определены места выходов коренных пород, не перекрытых кайнозойскими синокеаническими отложениями.

Батиметрическая съёмка полигона выполнена с помощью многолучевого эхолота. Съёмку производили на скорости 3,4-6,4 узла при мощности излучающего сигнала 220 dB с усилением 25 dB и длиной импульса 8 мс, что позволяло достигнуть определения глубины с точностью до 50 см. В начале и после съёмки производили определение положения НИПЛ по навигационной системе «ГЛОНАСС». В ходе съёмки координирование НИПЛ обеспечивала инерциальная навигационная система (ИНС). Отклонение фактического положения НИПЛ от положения, определённого ИНС, составило 180 м. Было выполнено 5 галсов промера общей протяжённостью 45,3 км. Межгалсовое расстояние обеспечило сплошное покрытие дна съёмкой.

В соответствии с батиметрической картой, построенной по результатам съёмки (рис. 2), склон поднятия Менделеева начинается с глубины 1500 м. Ниже расположена депрессия с пологим дном. Склон разделён по характеру рельефа на центральный и западный участки. Первый ограничен отрогами шириной 400–500 м, продвинутыми на 1–1,5 км в южном направлении (в дальнейшем западный и восточный мысы). Профиль дна на центральном участке разделён на 4 части. В нижней части склона развита пологая нижняя терраса шириной 100-500 м и высотой до 50 м, ограниченная уступом, наклонённым к депрессии под углами 15°–20°. Выше в интервале глубин 1450-1380 м следует средняя часть склона с уклоном ∼30°, над которой протягивается вертикальный обрыв высотой до 100 м. Последний на уровне 1275-1290 м сменяется верхней пологой частью склона с уклоном дна ∼7°. На западном участке и в районе восточного мыса вертикальный обрыв разбивается неширокими (10-40 м) террасами на ряд уступов высотой 5-20 м.

В рамках полигона видеонаблюдение за грунтом вели непрерывно. Видеодокументирование проводили при обнаружении геологически важных объектов и в ходе отбора образцов. Чувствительность видеокамер НИПЛ позволяла осуществлять съёмку дна при среднем отстоянии от него 15-20 м. Видеозапись проводили на DVD-рекордер. Для видеодокументирования и сбора образцов выполнено 19 придонных галсов НИПЛ общей протяжённостью 20 км. Для их планирования использовали батиметрическую карту (рис. 2), координирование в ходе этих работ проводили с помощью специальной инерциальной навигационной системы НИПЛ. Точность определения местоположения не превышала 500 м.

Сбор образцов осуществляли с помощью манипуляторов НИПЛ при её посадке на грунт. В 18 точках (рис. 2) было отобрано 29 образцов (табл. 1), которые равномерно распределены по площади полигона и представляют все элементы рельефа. Сбор образцов проводили следующими способами: а) отламыванием кусков от слоёв малой мощности (∼5 см) и слоёв, сложенных слабосцементированными породами; б) вытаскиванием обломков из слоёв, не потерявших своей целостности, но разбитых трещинами на блоки; в) взятием из курумников и осыпей (табл. 1). Собранный материал включает доломиты (10 шт.), кварцитопесчаники (5), вулканиты (7) от базальтов до андезитов, песчаники (2), известняки (2), туфы (2), диорит (1).

Видеонаблюдения показали следующее. Депрессия полностью заилена. В значительной степени покрыты илом нижняя терраса и средняя часть склона. В нижней террасе в промоинах встречаются выходы коренных пород в виде каскадных уступов дна высотой 1-5 м, представленных туфами (обр. 19, 28). Туфы слабо сцементированы и разламываются манипулятором. Они слагают слои мощностью 10-20 см, падающие на северо-восток под углом ∼20° (рис. 3а). В средней части склона встречены заиленные осыпи из обломков 10-20 см в поперечнике, сочетающиеся с выходами коренных пород в виде выступов высотой до 50 см. Из осыпей взяты диорит (обр. 12) и кварцитопесчаник (обр. 13), из одного из выступов вытащен доломит (обр. 14). Встречаются также уступы дна высотой до 15 м, протягивающиеся вдоль склона, в которых породы разбиты трещинами на отдельные блоки. Из одного из них вытащен образец доломита (обр. 15), другого - кварцитопесчаника (обр. 4). Под уступами наблюдаются осыпи из обломков 10-30 см в поперечнике.

Вертикальный обрыв сложен массивными и слоистыми породами (рис. 3б). В последнем случае слои падают под углом 30°-40° на запад либо на юго-восток. На простирании вертикального обрыва на западном участке из уступов высотой 1-15 м вытащены вулканиты (обр. 5, 6) и доломит (обр. 29), а из сопровождающих их курумников взят кварцитопесчаник (обр. 30). В пределах восточного мыса на этом уровне из осыпи, окружающей небольшие выступы (до 50 см) коренных пород, взяты вулканиты (обр. 17, 18).

Верхняя пологая часть склона в целом заилена. Над бровкой вертикального обрыва наблюдаются выходы брекчеевидных пород в виде каскадных уступов высотой 2-3 м (рис. 3в). Опробование показало, что это сильно кавернозные известняки (обр. 10), образующие слои мощностью 5-10 см, падающие под углом 15°-20° на юго-запад. Подобные выходы известняков (обр. 27) на западе полигона находятся на более глубоком уровне - 1315 м. Выше обнажений известняков среди ила встречено обнажение песчаников (обр. 9) в виде каскадного уступа (рис. 3г). Слои песчаников мощностью ∼10 см имеют такое же падение, как и слои известняков.

Особое строение имеет западный мыс, под которым отсутствует нижняя терраса. Здесь от депрессии и до вертикального обрыва протягивается осыпь (большая осыпь), сложенная крупными глыбами и обломками. Очевидно, что большая осыпь - продукт частичного обрушения этого обрыва, из неё взяты доломиты (обр. 1, 3). В нижней части осыпи из гривки шириной ∼1 м (рис. 3д), протягивающейся вдоль склона, вытащен образец вулканита (обр. 2). В вершинной части западного мыса наблюдаются уступы, сопровождаемые курумником, из которого взят кварцитопесчаник (обр. 25), либо выступы дна высотой 0,5-3 м, между которыми распространён курумник из обломков кварцитопесчаника (обр. 23) и песчаника (обр. 24). Встречены трубообразные выступы дна высотой до 30 см и средним диаметром 0,75 м, похожие на препарированные подводящие вулканические каналы (рис. 3е). Из курумника, развитого между «трубами», взяты доломиты (обр. 20, 21) и вулканит (обр. 22).

Прежде чем перейти к реконструкции геологического разреза, покажем, что собранный каменный материал сформировался in situ, а не принесен льдами. Во-первых, на изученном склоне много выходов коренных пород в виде уступов, выступов, обрывов. Известняки и туфы отломаны от них, а часть доломитов и по одному образцу вулканита и кварцитопесчаника вытащены манипулятором из уступов, разбитых трещинами. Во-вторых, материал курумников, развитых на вершинах западного мыса и бровке вертикального обрыва, также представляет коренные породы дна, поскольку обломки, составляющие курумники, могли образоваться только при физическом выветривании нижележащих пород. Среди материала курумников также преобладают доломиты, но встречены песчаник, кварцито-песчаники, вулканит. В-третьих, осыпи, лежащие ниже уступов и, в частности, вертикального обрыва, - продукт разрушения и обрушения этих уступов и обрывов, что было визуально прослежено на примере большой осыпи. На это указывает и общность состава каменного материала осыпей, уступов, курумников. По-видимому, только диорит, резко отличающийся от других магматических пород, может быть продуктом ледового разноса.

Выделены три ассоциации горных пород, слагающих различные элементы изученного склона: 1) туфы, залегающие в пределах нижней террасы; 2) доломиты, кварцитопесчаники, вулканиты, встреченные в пределах наиболее крутой части склона, простирающейся от уровня депрессии до бровки вертикального обрыва; 3) известняки, песчаники, представляющие верхнюю пологую часть склона. На этом основании в видимом геологическом разрезе данного склона поднятия Менделеева мы выделили три различные толщи (рис. 4): туфовая, нижняя, верхняя. Судя по морфологии нижней террасы (рис. 2) и учитывая тот факт, что в районе западного мыса породы нижней толщи спускаются до уровня депрессии, очевидно, что туфовая толща прислонена к породам нижней толщи (рис. 4), слои которых отличаются по направлению и углу падения от туфовых слоев. Такие соотношения между этими толщами могут быть результатом: 1) размывания и переотложения туфовых отложений, слагающих горизонты в более верхней части склона, 2) аккумуляции в зоне перегиба склона туфового материала, попадавшего в ходе извержения на крутые склоны поднятия, 3) опускания по сбросу более верхних частей разреза. Определение возраста туфов поможет конкретизировать их положение в разрезе. Видимая мощность туфовой толщи ∼50 м (рис. 4).

Вулканиты вычленены нами из пород нижней толщи в самостоятельный субвулканический комплекс: их коренные обнажения морфологически близки к силлам (рис. 3д) либо к подводящим каналам (рис. 3е). Они содержат ксенолиты (до 2 мм) доломитов и кварцитопесчаников. Таким образом, нижняя толща сложена кварцито-песчаниками и доломитами, которые, вероятно, переслаиваются друг с другом; её видимая мощность не менее 230 м. В верхней толще видимой мощностью ∼40 м песчаники и известняки, судя по характеру их залегания и гипсометрическому положению, также переслаиваются друг с другом. Контакт между двумя этими толщами неровный и происходит на разных гипсометрических уровнях: в районе вертикального обрыва ∼1280 м, на западном участке 1315 м, а над восточным мысом его можно ожидать выше 1267 м, поскольку здесь на данном уровне из осыпи взят доломит (обр. 16). Такой характер контакта - следствие стратиграфического перерыва между толщами, о котором свидетельствует наличие в известняках обломочных зёрен доломитов и кварцитопесчаников. Между нижней и верхней толщами существует и угловое несогласие, из-за чего на контакте между ними на одном уровне в разных местах обнажаются доломиты либо кварцитопесчаники.

Набор пород, полученных в ходе проведённых работ и имеющих, как показано выше, в основном местное происхождение, во многом схож с таковым, драгированным на поднятии Менделеева в экспедиции «Арктика‑2012» [Гусев и др., 2014; Гусев, 2014; Морозов и др., 2013; 2014], что свидетельствует о том, что значительная часть драгированных пород также сформировалась in situ. В этом случае сравнение полученных результатов с таковыми экспедиции «Арктика‑2012» [Морозов и др., 2013] позволяет предположить, что собранные в 2014 г. доломиты и известняки палеозойские.

Подводя итог проделанной работы, следует подчеркнуть, что её главный результат - выявление основных черт геологического разреза одного из южных окончаний поднятия Менделеева. Здесь в низах видимого разреза между глубинами 1500-1270 м залегает нижняя толща кварцитопесчаников и доломитов, которая со стратиграфическим несогласием перекрывается верхней толщей известняков и песчаников видимой мощностью 40 м. Нижняя толща прорывается субвулканическим комплексом базальтов и андезитов, а в низах склона к ней прислоняется туфовая толща видимой мощностью 50 м.

Авторы выражают благодарность Минобороны России (в частности ГУГИ МО РФ) за организацию экспедиции и экипажу НИПЛ, благодаря которому получены обсуждаемые выше материалы.

Работа выполнена при финансовой поддержке ЗАО «Геослужба ГИН», гранта РФФИ 15-05-00497, Программы Президиума РАН «Мировой океан - многомасштабность, многофазность, многопараметричность».

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Гусев Е.А. Камни на дне Северного Ледовитого океана // Природа. 2014. № 8. С. 31-38..

2. 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) // Докл. РАН. 2014. Т. 455. № 2. С. 184-188.

3. 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.

4. Морозов А.Ф., Шкатов М.Ю., Корнеев О.Ю., Кашубин С.Н. Комплексная геолого-геофизическая экспедиция «Арктика-2012» по обоснованию континентальной природы поднятия Менделеева в Северном Ледовитом океане // Разведка и охрана недр. 2014. № 3. С. 22-27.