В результате комплексного анализа данных потенциальных полей и новейшей сейсморазведки в пределах поднятия Менделеева установлены две системы разрывных нарушений, ограничивающих горсты и грабены. В северной части поднятия обнаружены структуры пулл-апарт, указывающие на существовавшую здесь обстановку косого растяжения. Между поднятиями Менделеева и Альфа выявлена мощная левосдвиговая зона СЗ-ЮВ-простирания. Сделан вывод о континентальном генезисе данных поднятий и их вхождении в состав Арктиды (Гипербореи) в домеловое время. Поднятия оказались разобщены, а их кора значительно переработана вследствие меловой тектоно-магматической активизации в регионе. Поднятие Менделеева (ПМ) расположено в Амеразийском бассейне Северного Ледовитого океана. Поднятие - часть обширного подводного комплекса поднятий Альфа-Менделеева и протягивается в субмеридиональном направлении более чем на 1500 км [Bruvoll et al., 2012]. С севера ПМ сочленяется с поднятием Альфа (ПА), с юга примыкает к шельфу Восточно-Сибирского моря, с запада и востока граничит с котловинами Подводников, Менделеева, Чукотской (рис. 1). Поднятие Менделеева - ключевой объект геополитических интересов Российской Федерации ([Лаверов и др., 2013; Поселов и др., 2012] и др.), связанных с делимитацией Арктической акватории. Его геологическая природа до настоящего времени дискуссионна. Различные исследователи предполагают континентальное ([Лаверов и др., 2013; Поселов и др., 2012; Хаин и др., 2009; Lebedeva-Ivanova et al., 2006] и др.) либо океаническое происхождение этого поднятия ([Grantz et al., 2011; Hegewald & Jokat, 2013] и др.), а сведения о тектоническом строении ограничиваются единичными элементами, отраженными на региональных мелкомасштабных картах ([Хаин и др., 2009; Dove et al., 2010] и др.).

Наше исследование основано на обобщении результатов работ 2009-2013 гг. по созданию геофизических основ к листам государственной геологической карты масштаба 1:1 000 000 третьего поколения (ГГК-1000/3) T-57-60, Т-1,2, U-57-60, U-1,2.

Район крайне слабо изучен геолого-геофизическими методами. Большинство аэромагнитных данных получено в 1950-1970-е гг. Будучи в свое время пионерскими, ныне они пригодны лишь для решения региональных задач геологии. Наиболее достоверные сведения о магнитном поле получены в полосе геотрансекта «Арктика-2005», которая охватывает южную и центральную части Поднятия Менделеева [Каминский и др., 2013]. Гравиметрические данные, накопленные в регионе, наиболее полно и достоверно представлены в цифровой модели (ЦМ) аномалий поля силы тяжести в свободном воздухе, созданной в рамках международного Арктического гравиметрического проекта (ArcGP) [Каминский и др., 2013]. Сейсмические данные немногочисленны и разнородны. Первые работы МОВ и МПВ в исследуемом регионе были осуществлены в 1950-х гг. с дрейфующих отечественных и зарубежных ледовых станций (СП-22, 23, 26, T-3, Arlis и др.). В 1989-2011 гг. здесь проводили комплексные сейсмические наблюдения (МОВ ОГТ, КМПВ, ГСЗ) по опорным профилям (геотраверсам) «Арктика-2000» [Поселов и др., 2012; Lebedeva-Ivanova et al., 2011], «Арктика-2005» [Поселов и др., 2012]. В нашей работе использованы также новейшие сейсмические разрезы МОВ ОГТ, ГСЗ, полученные вдоль профилей экспедиций «Арктика-2011» (ОАО «ГНИНГИ»), «Арктика-2012» (ОАО «Севморгео»), результаты международных экспедиций «Hotrax’05» [Bruvoll et al., 2012; Dove et al., 2010], «ARK-XXIII/3» [Hegewald & Jokat, 2013]. Работа по изучению тектонического строения исследуемого региона состояла из нескольких этапов. На первом были собраны, проанализированы, обобщены доступные материалы по потенциальным полям Поднятия Менделеева и сопредельных геоструктур. В результате был создан комплект базовых ЦМ - аномального магнитного поля (АМП) и аномалий гравитационного поля (АГП) в свободном воздухе, а также в редукции Буге с плотностями промежуточного слоя 2.3 и 2.67 г/см³. При расчете аномалий Буге была использована международная ЦМ рельефа морского дна IBCAO (версии 3.0). В дополнение были рассчитаны модели трансформант АМП- и АГП-градиенты по направлениям, их региональные и локальные составляющие и др. На втором этапе работы осуществляли гравитационное моделирование в 2D- и 3D-постановках с использованием ранее описанных методик [Глебовский и др., 2013]. В результате были созданы сейсмоплотностные модели строения земной коры вдоль линий сейсмических разрезов, представленных на рис. 2, а также ЦМ суммарной мощности земной коры и мощности ее консолидированной части (КЗК). Геометрия верхней части земной коры на 2D-сейсмоплотностных моделях (рис. 2) определена по данным МОВ ОГТ экспедиции «Арктика-2012» и в ходе моделирования не изменялась. Глубинные границы в моделях были заданы на основе результатов ГСЗ экспедиций «Арктика-2000» (рис. 2а) и «Арктика-2012» (рис. 2б) либо в случае отсутствия данных - по результатам моделирования (рис. 2в). Основным результатом проведенных исследований стала структурно-тектоническая схема (рис. 1). На ней показаны границы основных геоструктур, предполагаемые разрывные нарушения, изопахиты КЗК и другие элементы.

К геологическим структурам первого порядка, выделенным на схеме, относятся: Поднятие Менделеева, Поднятие Альфа, континентальная окраина Восточно-Сибирского моря, котловины Подводников (КП), Менделеева (КМ), Чукотская котловина (ЧК) и одноименное плато (ЧП).

Основное внимание в нашей работе уделено тектонике Поднятия Менделеева, которое за исключением своего южного окончания полностью расположено в районе исследований. Поднятие обладает специфичными геофизическими характеристиками. Наиболее яркая из них - высокоинтенсивное (до нескольких тысяч нТл) знакопеременное АМП, которое охватывает не только Поднятия Менделеева и Альфа, но и сопредельные геоструктуры. Большинство исследователей полагает, что это поле связано с обширной магматической провинцией ([Bruvoll et al., 2012; Grantz et al., 2011] и др.). Его характер, как правило, описывают как нерегулярный и хаотичный ([Grantz et al., 2011] и др.). Однако тщательный анализ структуры АМП, проведенный с учетом достоверности исходных магнитометрических данных, позволил получить новые сведения о тектоническом строении исследуемого региона - проследить границы геоструктур разного ранга и выявить линеаменты, связываемые с предполагаемыми разрывными нарушениями различного типа. Аналогичный анализ был проведен и применительно к АГП. При сопоставлении результатов раздельной интерпретации данных потенциальных полей в большинстве случаев наблюдается их высокая корреляция. Наиболее четко она установлена в полосе геотраверса «Арктика-2005» [Каминский и др., 2013], где получены современные магнитометрические данные. Данное обстоятельство позволило авторам распространить выявленные зависимости и на те площади, где в отличие от поля силы тяжести степень изученности АМП существенно хуже.

В результате совместного анализа всей геофизической информации установлено сложное тектоническое строение Поднятия Менделеева, обусловленное наличием двух систем разрывных нарушений (рис. 1). Первая система состоит из разломов сбросовой кинематики, преимущественно С-Ю-простирания, ограничивающих горсты и грабены (полуграбены). Эти разломы выявлены также на сейсмических разрезах МОВ, пересекающих Поднятие Менделеева вкрест его простирания ([Bruvoll et al., 2012; Dove et al., 2010; Hegewald & Jokat, 2013] и др.). Наблюдается устойчивая корреляция между перечисленными структурами фундамента Поднятия Менделеева и локальными аномалиями потенциальных полей (рис. 2), что отмечали и ранее ([Bruvoll et al., 2012] и др.). Поэтому эти аномалии были использованы для оконтуривания горстов и грабенов. Вторая система разрывных нарушений, преимущественно СЗ-ЮВ-направления, прослежена вдоль линий, ограничивающих и сегментирующих протяженные гряды горстов и грабенов (рис. 1). В южной части поднятия у этих разломов предполагают незначительную сдвиговую компоненту. Здесь гряды горстов и грабенов ориентированы в субмеридиональном направлении. По центру южной части поднятия прослежен единый грабен протяженностью ∼160 км. В центральной части Поднятия Менделеева грабены и горсты имеют ромбовидную форму и изолированы друг от друга, а в северной выстроены в цепочки ССЗ-ЮЮВ-простирания. Большинство разломов, отнесенных ко второй системе нарушений, имеют здесь заметную левосдвиговую компоненту.

По морфологическим признакам Поднятие Менделеева разделено на две области: центральную, выраженную в рельефе дна, и периферийную, скрытую под осадками. Мощность осадков в первой области от нескольких сотен метров на выступах фундамента до 1.5-2 км в разделяющих их грабенах и полуграбенах, а во второй увеличивается до ∼3 км (рис. 2). Мощность континентальной коры поднятия ∼32-∼20 км (рис. 1, 2).

Анализ геофизических материалов не позволил обнаружить кардинальные различия в геологическом строении поднятий Менделеева и Альфа. Тем не менее в районе 82° с.ш. выявлена разделяющая их транзитная область, где происходит резкое изменение простирания системы горстов и грабенов с преимущественно С–Ю на СВ–ЮЗ (рис. 1).

На западе от Поднятия Менделеева достаточно уверенно прослежена граница котловины Подводников (КП). Глубина океанического дна здесь ∼2800 м, поверхность фундамента погружена до глубин около 11 км и перекрыта осадочным чехлом мощностью до ∼9 км [Sekretov, 2001]. Мощность земной коры в центральной части котловины Подводников 11-16 [Глебовский и др., 2013], а в северной части, на границе с котловиной Макарова, до 18-20 км. На Ю-З Поднятие Менделеева сопрягается с континентальной окраиной Восточно-Сибирского моря (рис. 1). В районе материкового склона выделяется прогиб Вилькицкого (ПВ) [Sekretov, 2001]. АМП над прогибом представлено полосой интенсивных отрицательных аномалий шириной ∼150-200 км с амплитудами до –200 нТл. По-видимому, ПВ соединяется с Северо-Чукотским прогибом через поперечное поднятие, расположенное между континентальной окраиной и Поднятием Менделеева [Поселов и др., 2012; Хаин и др., 2009]. В этом районе глубина залегания фундамента до ∼8 км, а раздел Мохо поднимается до глубины ∼24 км от уровня моря (рис. 2б). Таким образом, мощность земной коры с учетом промежуточного комплекса, предполагаемого по материалам ГСЗ [Поселов и др., 2012], оказывается здесь ∼16 км. К северу и югу от области сопряжения по данным гравитационного моделирования [Глебовский и др., 2013] мощность земной коры имеет тенденцию к уменьшению.

Восточная граница Поднятия Менделеева прослеживается менее отчетливо, чем западная. В зоне перехода от Поднятия Менделеева в одноименную котловину характер АМП остается неизменным, принципиальных различий в строении осадочного чехла и фундамента по данным МОВ ОГТ здесь также не обнаружено. Поэтому положение указанной границы на схеме (рис. 1) определено условно. Оно соответствует минимумам отрицательных гравитационных аномалий, совпадающих в плане со значениями мощности КЗК около 20 км. По данным ГСЗ на профиле «Арктика-2000» [Поселов и др., 2012] и результатам 3D-гравитационного моделирования [Глебовский и др., 2013] к востоку от этой границы мощности земной коры существенно уменьшаются, достигая 8 км в центральной части котловины Макарова.

На Ю-В Поднятие Менделеева граничит с относительно небольшой по размерам Чукотской котловиной (рис. 1). Своей максимальной ширины, около 130 км, она достигает в районе 76.5° с.ш., а севернее вырождается в узкий грабен и соединяется с котловиной Макарова. Средние глубины морского дна в ЧК ∼2200 м. Амплитуды магнитных аномалий здесь существенно меньше, чем в соседних регионах. На картах исходных АГП и их трансформант котловине соответствует обширная положительная гравитационная аномалия, которая охватывает также и Чукотское поднятие.

По результатам 3D-моделирования предполагали [Глебовский и др., 2013], что мощность земной коры в Чукотской котловине ∼23-28 км (рис. 1), однако новейшие данные ГСЗ (рис. 2б) свидетельствуют об ее уменьшении до 15 км. Расхождение объясняют существенными различиями в скоростных и плотностных характеристиках пород нижней коры и верхней мантии под Поднятием Менделеева и Чукотской котловиной, установленными по данным ГСЗ и не учтенными ранее при моделировании.

В Ю-З части района расположено Чукотское поднятие. Граница его западного склона показана на рис. 1. Вершина плато покоится на глубинах 450-850 м. Резкий свал глубин в сторону Чукотской котловины обусловливает наличие краевой гравитационной аномалии, расположенной по периметру плато. Эта аномалия дублируется поясом интенсивных, до +750 нТл, положительных магнитных аномалий [Grantz et al., 2011]. Для внутренней, вершинной части плато, наоборот, характерно присутствие интенсивных, до -350 нТл, отрицательных магнитных аномалий. Мощность земной коры в пределах Чукотского поднятия 25-30 км, уменьшаясь в сторону одноименной котловины.

Выявленные структурно-тектонические особенности Поднятия Менделеева свидетельствуют о том, что во время последней значительной тектонической активизации оно находилось в условиях транстензии - косого растяжения. Это привело к формированию структур растяжения - грабенов и нормальных сбросов - и структур поперечных нарушений - сдвигов. Сдвиговые напряжения обусловили формирование вначале изолированных, а позднее цепочек ромбовидных грабенов, так называемых впадин пулл-апарт, со временем объединяющихся в единый бассейн [Aydin & Nur, 1982]. Результаты именно такого процесса фиксируются на Поднятии Менделеева, причем интенсивность процесса, согласно приведенному описанию, возрастает в северном направлении (рис. 1). Важно отметить, что предполагаемые крупные левосторонние сдвиги, установленные по данным потенциальных полей, находят свое подтверждение на разрезах МОВ ОГТ (рис. 2а, в). К выводу о формировании восточного фланга Поднятия Менделеева и Поднятия Альфа в условиях транстензии пришли и другие исследователи [Лаверов и др., 2013]. Конечным итогом косого растяжения этих некогда единых поднятий стало их разъединение и смещение вдоль мощной сдвиговой зоны (рис. 1).

Наличие данной зоны, во-первых, позволяет объяснить факт резкого срезания структур Поднятия Альфа вблизи поднятия Арлис, наблюдаемого также и на батиметрической карте. Во-вторых, оно проясняет некоторые вопросы эволюции Амеразийского бассейна. По-видимому, процесс растяжения в котловине Макарова был инициирован позднеюрским-раннемеловым разрастанием дна в расположенной восточнее Канадской котловине ([Хаин и др., 2009; Grantz et al., 2011] и др.). Этот процесс в котловине Макарова дошел до стадии спрединга, что фиксирует ныне утонение ее земной коры до 8 км. В результате Чукотское поднятие, поднятие Менделеева были отделены и отодвинуты от Поднятия Альфа в южном (ЮЮВ) направлении. При этом была сформирована крупная левосдвиговая зона. Особенности строения Чукотской котловины также свидетельствуют о ее формировании в обстановке растяжения. Однако мощность земной коры в этой котловине уменьшена лишь до 15 км (рис. 2), что указывает на завершение процесса растяжения на стадии континентального рифтогенеза.

Результаты предварительных палеогеодинамических реконструкций, основанных на гипотезе существования описанной мощной сдвиговой зоны, свидетельствуют о том, что Поднятие Менделеева, Поднятие Альфа существовали еще до образования сопредельных котловин, в том числе и Канадской котловины. Вероятно, вместе с хр. Ломоносова (ХЛ) и ЧК они входили в состав единого мегаблока земной континентальной коры, называемого Гипербореей, [Хаин и др., 2009] или Арктидой [Зоненшайн и Натапов, 1987; Лаверов и др., 2013]. В ходе тектоно-магматической активизации, связанной с закрытием Южно-Анюйского океана ([Хаин и др., 2009] и др.) и раскрытием Канадской котловины ([Grantz et al., 2011] и др.), указанные континентальные геоструктуры были разобщены котловинами, возникшими между ними в результате рифтогенеза. Формирование LIP, по-видимому, произошло в результате существенной переработки коры поднятий Менделеева и Альфа в позднеюрско(?)-меловое время ([Dove et al., 2010; Lebedeva-Ivanova  et al., 2006; 2011] и др.).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. 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. 3. С. 327-344.

2. Зоненшайн Л.П., Натапов Л.М. В кн.: Актуальные проблемы тектоники океанов и континентов. М.: Наука, 1987. С. 31-57.

3. Каминский В.Д., Глебовский В.Ю., Егорова А.В., Черных А.А. Основные достижения и проблемы изучения геологического строения акватории Северного Ледовитого океана с оценкой углеводородных ресурсов по данным потенциальных полей // Горный журнал. 2013. Т. 11. С. 23-29.

4. Лавёров Н.П., Лобковский Л.И., Кононов М.В., Добрецов Н.Л., Верниковский В.А., Соколов С.Д., Шипилов Э.В. Геодинамическая модель развития Арктического бассейна и примыкающих территорий для мезозоя и кайнозоя и внешняя граница континентального шельфа России // Геотектоника. 2013. Т. 1. С. 3-35.

5. Посёлов В.А., Буценко В.В., Каминский В.Д., Сакулина Т.С. Поднятие Менделеева (Северный Ледовитый океан) как геологическое продолжение континентальной окраины Восточной Сибири // ДАН. 2012. Т. 443. № 2. С. 232-235.

6. Хаин В.Е., Полякова И.Д., Филатова Н.И. Тектоника и нефтегазоносность Восточной Арктики // Геология и геофизика. 2009. Т. 50. № 4. С. 443-460.

7. Aydin A., Nur A. Evolution of pull-apart basins and their scale independence // Tectonics. 1982. V. 1. P. 91-105.

8. Bruvoll V., Kristoffersen Y., Coakley B.J., Hopper J.R., Planke S., Kandilarov A. The nature of the acoustic basement on Mendeleev and northwestern Alpha ridges, Arctic Ocean // Tectonophysics. 2012. Vol. 514-517. P. 123-145.

9. Dove D., Coakley B., Hopper J., Kristoffersen Y. Bathymetry, controlled source seismic and gravity observations of the Mendeleev ridge; implications for ridge structure, origin, and regional tectonics // Geophysical Journal International. 2010. Vol. 183. Is. 2. P. 481-502.

10. Grantz, A., Hart, P.E., Childers, V.A. Geology and tectonic development of the Amerasia and Canadian Basin, Arctic Ocean // Arctic Petroleum Geology. Geological Society Memoir. 2011. Vol. 35. P. 771-800.

11. Hegewald A., Jokat W. Tectonic and sedimentary structures in the northern Chukchi region, Arctic Ocean // Journal of Geophysical Research. Solid Earth. 2013. Vol. 118. Is. 7. P. 3285-3296.

12. Lebedeva-Ivanova N.N., Zamansky Yu.Ya., Langinen A.E., Sorokin M.Yu. Seismic profiling across the Mendeleev Ridge at 82°N: evidence of continental crust // Geophys. J. Intern. 2006. V. 165. P. 527–544.

13. Lebedeva-Ivanova N.N., Gee D.G., Sergeev M.B. Crustal structure of the East Siberian continental margin, Podvodnikov and Makarov basins, based on refraction seismic data (TransArctic 1989–1991) // Mem. Geol. Soc. London. 2011. V. 35. P. 395-411.

14. Sekretov S.B. Northwestern margin of the East Siberian Sea, Russian Arctic: seismic stratigraphy, structure of the sedimentary cover and some remarks on the tectonic history // Tectonophysics. 2001. V. 339. P. 353-383.

Ссылка на статью:

Черных А.А., Астафурова Е.Г., Глебовский В.Ю., Корнева М.С., Егорова А.В., Редько А.Г. Новые данные о тектонике поднятии Менделеева и сопредельных геоструктур // Доклады Академии наук. 2016. Т. 470. № 2. С. 194-198.