В результате комплексного анализа данных потенциальных полей и новейшей сейсморазведки уточнено тектоническое строение области сочленения хребта Ломоносова и арктической континентальной окраины Евразии. Установленные системы разрывных нарушений не подтверждают существования в кайнозое гипотетической Хатангско-Ломоносовской трансформной зоны. Полученные результаты подтвердили и уточнили модель, в рамках которой раскрытие Евразийского бассейна сопровождалось отодвиганием хребта Ломоносова и прилегающих к нему с юга и востока геоструктур в составе Северо-Американской плиты от Баренцево-Карской окраины.

Ключевые слова: хребет Ломоносова, арктическая континентальная окраина Евразии, Хатангско-Ломоносовская трансформная зона, тектоника, эволюция

Хребет Ломоносова является подводным поднятием, расположенным в центральной части Северного Ледовитого океана и разделяющим его на два бассейна – Евразийский и Амеразийский. Он простирается примерно на 1800 км, соединяя Северо-Американскую континентальную окраину и арктическую континентальную окраину Евразии, от островов Гренландия и Элсмир до Новосибирских островов. С запада он граничит с котловиной Амундсена, с востока – с котловинами Макарова и Подводников (рис. 1). Одним из ключевых вопросов, связанных с геологическим строением хребта Ломоносова, является характер его сочленения с арктической континентальной окраиной Евразии. Подавляющее большинство исследователей склоняются к существованию между данными структурами гипотетической Хатангско-Ломоносовской трансформной зоны, которая была активной на протяжении всего или большей части кайнозоя по мере того, как хребет отодвигался от Баренцево-Карской окраины [Шипилов и Кириллова, 2020; Drachev et al., 1998; 2018; Fujita et al., 1990]. В альтернативу этой точки зрения была предложена модель, в соответствии с которой при раскрытии Евразийского бассейна хребет Ломоносова перемещался вместе со структурами примыкающей арктической континентальной окраины Евразии в составе Северо-Американской плиты [Черных, 2005]. Конечная цель настоящей работы состоит в прояснении данного вопроса.

Исследуемый район слабо и неравномерно изучен геолого-геофизическими методами. Ближайшая к району исследований глубокая (402 м) скважина пробурена в приполярной области хребта Ломоносова. Наибольший прогресс в геологическом изучении района был достигнут в 2007–2016 гг. за счет сейсморазведочных работ МОВ ОГТ 2Д и ГСЗ (экспедиции “Арктика-2011”, “Арктика-2012”, “Арктика-2014”, работы ОАО “МАГЭ”) (рис. 1). Информация об изученности гравитационного и магнитного полей Северного Ледовитого океана, приведенная в ряде публикаций ([Глебовский и др., 2018] и др.), свидетельствует о недостаточности объема накопленных данных по потенциальным полям (особенно магнитному), даже применительно к решению региональных задач геологии.

Рассчитанные ранее на этой основе цифровые модели аномального магнитного поля и аномалий поля силы тяжести в свободном воздухе были актуализированы за счет притока новой информации. С использованием международной цифровой модели рельефа морского дна (IBCAO, версия 3.0) также были рассчитаны обновленные модели поля силы тяжести в редукции Буге с плотностями промежуточного слоя 2.3 и 2.67 г/см³ и ряд цифровых моделей трансформант потенциальных полей: градиенты по направлениям, их региональные и локальные составляющие и др. Совместный анализ потенциальных полей был выполнен с использованием средств структурного анализа в ПО Сигма 3Д. Все перечисленное позволило выявить и оконтурить границы блоков земной коры с разными петрофизическими свойствами, распространить результаты профильных сейсмических наблюдений на всю площадь исследований, дать геологическое истолкование полученных результатов.

Доступные в формате SEGY сейсмические разрезы МОВ ОГТ были собраны и обобщены в проекте ПО IHS Kingdom (рис. 1). В ходе их интерпретации прослежены основные отражающие горизонты в осадочном чехле и поверхность акустического фундамента, выявлены тектонические нарушения и определена их кинематика, сделаны выводы об условиях формирования отдельных геоструктур. В результате дальнейшего анализа сейсмических данных совместно с площадной информацией – наборами цифровых моделей потенциальных полей, их трансформант, а также рельефа дна, была построена тектоническая схема района исследований, упрощенная версия которой приведена на рис. 2. На схеме показаны разрывные нарушения (главные и второстепенные) – границы геоструктур трех рангов, прослеженные в потенциальных полях и заверенные в точках пересечения с линиями сейсмических разрезов – классифицированные на сбросы, надвиги, сдвиги, неустановленной природы и нарушения на границах сегментов океанической коры.

В границы района исследований попадают три геоструктуры I ранга разного генезиса – Евразийский бассейн, Амеразийский бассейн и арктическая континентальная окраина Евразии. Они представлены входящими в их состав геоструктурами II ранга (областями): котловиной Амундсена, хребтом Ломоносова, северо-восточным фрагментом Лаптевской микроплиты, массивами Де-Лонга и Котельническим, котловиной Подводников и поднятием Менделеева (рис. 2).

К западу от хребта Ломоносова, в Евразийском бассейне, расположены зона перехода континент–океан и котловина Амундсена. Океанический фундамент котловины закономерно заглубляется от срединно-океанического хребта (СОХ) Гаккеля к зоне перехода континент-океан, с ~3.5 до ~8–9 км. В районе 81° с.ш. наблюдается выступ структуры хребта Ломоносова в глубь котловины, ограниченный крупными разломами, часть из которых может иметь сдвиговую компоненту (рис. 2). Примечательно, что на противоположной, Баренцево-Карской части арктической континентальной окраины Евразии наблюдается сходный по форме симметричный врез, свидетельствующий о единстве этих геоструктур до раскрытия Евразийского бассейна (рис. 3а).

Внутри котловины предполагается система субпараллельных СОХ продольных тектонических нарушений, представленных преимущественно сбросами, с падением плоскостей сместителей в западном направлении и, в меньшей степени – взбросами (встречаются в районе рифтовой зоны). Они оконтуривают протяженные гряды, сформированные выступами наклоненных в сторону от СОХ блоков океанической коры, в основном – перекрытых осадками. Поперечные нарушения ограничивают сегменты океанической коры разного порядка (на рис. 2 – двух рангов). Они представлены преимущественно пассивными частями малоамплитудных трансформных разломов. В настоящее время они имеют активные части лишь в зоне СОХ, где фиксируются горизонтальные смещения его оси амплитудой до 10 км. Ширина зоны перехода континент-океан в Евразийском бассейне в среднем составляет ~50 км, фундамент погружен здесь до глубин от ~6 до ~10 км.

Область хребта Ломоносова является северным продолжением арктической континентальной окраины Евразии. Она включает гребневую часть хребта Ломоносова и примыкающие к нему с восточной стороны одноранговые структуры – котловину Карасика, седловину Сорокина и прогиб Де-Лонга. Глубина фундамента на хребте Ломоносова в районе исследования варьирует в большом диапазоне, уменьшаясь до 1.3 км в пределах горстов в гребневой части и погружаясь до 6.5 км на его флангах и в наиболее глубоких грабенах. Главные продольные тектонические нарушения, представленные сбросами, формируют генеральную субмеридиональную структуру хребта, второстепенные – его внутреннее горст-грабеновое строение. На западном и восточном флангах хребта фиксируются блоки континентальной коры, испытавшие соскальзывание и опрокидывание по листрическим сбросам в сторону прилегающих котловин, с формированием структур полуграбенов. Амплитуда этих сбросов составляет в среднем 2–2.5 км. На площади исследований хребет Ломоносова разделен на два сегмента – Сибирский и Центральный. Они отличаются, в первую очередь, разными направлениями (относительно простирания хребта) систем поперечных разрывных нарушений. В сибирском сегменте нарушения имеют СЗ–ЮВ-ориентировку, а в самой южной части центрального – СВ–ЮЗ. По кинематике эти нарушения подразделены на сбросовые и сдвиговые, а также неустановленной природы. Граница между указанными сегментами проходит в районе ~84.5° с.ш. по крупному правостороннему сдвигу с предполагаемым горизонтальным смещением ~30 км.

Котловина Карасика, разделяющая хребет Ломоносова и котловину Подводников, имеет в плане форму, близкую к треугольной. В ее расширенной южной части фундамент испытывает погружение до ~9 км. В северной части котловины расположен ряд узких (шириной ~20 км) линейных субмеридиональных структур, представляющих собой – горсты (отроги Геофизиков и Сенчуры) и разделяющие их грабены/полуграбены (троги Геофизиков и Немилова) (рис. 2). В южном направлении горсты скрываются под осадочным чехлом и прослеживаются лишь на разрезах МОВ ОГТ. Котловина Карасика ограничена высокоамплитудными сбросами с запада и востока и ранее упомянутым сдвигом между сегментами хребта Ломоносова – с севера. Вдоль ее восточного борта протягивается в меридиональном направлении яркая отрицательная в потенциальных полях аномальная зона, отождествляемая по данным МОВ ОГТ с трогом Геофизиков. В пределах котловины предполагаются поперечные разрывные нарушения СЗ–ЮВ-простирания, трассируемые с хребта Ломоносова. Их косое по отношению к оси простирания хребта и котловины положение, наряду с формой последней – свидетельствует о формировании этой области в условиях косого растяжения (транстенсии) континентальной коры. Южнее нее расположена седловина Сорокина, в пределах которой фундамент располагается на глубине ~5 км. Структуры контактируют по крупному сбросу (амплитуда ~4.5 км), на ранних этапах его существования, вероятно – сбросо-сдвигу.

Прогиб Де-Лонга простирается в ЮЗ-СВ направлении, отделяя сибирский сегмент хребта Ломоносова от массивов Де-Лонга и Котельнического. Глубина фундамента в прогибе в среднем составляет ~5 км, в наиболее погруженной части достигает ~9 км. С бортов прогиб ограничен крупными сбросами. В поперечном направлении его рассекают разломы I и II рангов СЗ–ЮВ-направления, проникающие из сибирского сегмента хребта Ломоносова. Часть из этих нарушений предположительно имеет левосдвиговую компоненту.

С юга к области хребта Ломоносова примыкают структуры континентальной окраины, породы которых в разной степени обнажаются на островной суше и потому – существенно лучше изученные (например, [Косько и др., 2013]). Далее приведены лишь особенности их тектонического строения, подтверждающиеся или проистекающие из результатов настоящей работы.

На юго-западе сибирский сегмент хребта Ломоносова смыкается с Восточно-Лаптевским поднятием, которое является частью Лаптевоморской системы рифтов и грабенов, сформированной под влиянием попыток продвижения в южном направлении СОХ Гаккеля (например, [Черных, 2005; Drachev et al., 1998]). Будучи расположенным близ зоны торцевого сочленения хребта Ломоносова с окраиной, поднятие раздроблено на локальные горсты и грабены субмеридиональной ориентировки, нарушенные субширотными поперечными разломами сдвиговой (с амплитудой 5–12 км) кинематики. Через поднятие и далее, в зону Бельковско-Святоносского рифта, трассируется современная ветвь (одна из двух) растягивающих напряжений, намечая восточный край Лаптевской микроплиты [Аветисов, 2002] и границу между ней и сибирским сегментом хребта Ломоносова (рис. 2).

Область Котельнического массива представляет собой фрагмент позднекиммерийской Новосибирско-Чукотской покровно-складчатой системы, в пределах которой на островах Анжу обнажаются породы позднемелового-кайнозойского осадочного чехла и более древние осадочные породы, вошедшие в результате складчатости в состав фундамента [Косько и др., 2013]. Массив обрамлен серией прогибов (рифтов) со значительными (до 4 км) по амплитуде сбросами в бортах: с запада – Бельковско-Святоносским рифтом; с северо-запада – Анисинским рифтом (до 7 км глубины); с севера – прогибом Де-Лонга, с северо-востока – серией прогибов, включающей Новосибирский рифт и прогиб Небен, соединяющихся на востоке с Жоховским и Мельвильским прогибами. Тектонические нарушения в зонах прогибов включают сбросы и взбросы, протягивающиеся параллельно их простиранию (субширотные и СЗ–ЮВ-простирания) и субортогональные поперечные нарушения, зачастую представленные малоамплитудными сдвигами (до ~10 км). Аналогичный тектонический стиль предполагается по данным потенциальных полей на всей площади Котельнического массива: при этом оси сбросов и взбросов протягиваются параллельно осям упомянутых рифтов и прогибов (рис. 2).

Массив Де-Лонга через вышеописанную систему прогибов контактирует с Котельническим массивом и представляет собой блок древней континентальной коры, испытавший за историю своего геологического развития множество различных геодинамических обстановок. Высокоамплитудные магнитные аномалии в пределах массива позволяют закартировать ареалы траппового магматизма разного возраста, установленные на островах [Косько и др., 2013]. В разных его частях, преимущественно в фундаменте, предполагаются разрывные нарушения различной ориентировки и кинематики (рис. 2). Отметим лишь, что часть из них, в северной и СЗ-частях массива, по данным сейсморазведки могут быть представлены взбросами. На северо-западе массив граничит с одноименным прогибом и седловиной Сорокина по системе крупных сбросов. Такие же сбросы фиксируются в северной части массива, на границе с котловиной Подводников. Последняя отделена от хребта Ломоносова узким отрогом Геофизиков субмеридионального простирания. Она характеризуется сложно дешифрируемой тектонической структурой. На сейсмических разрезах разрывные нарушения достоверно устанавливаются только в бортовых частях котловины, а в центральной части – ненарушенный осадочный чехол залегает на фундаменте неопределенной природы, по-видимому, включающем в верхней части вулканогенные образования. Таким образом, система тектонических нарушений на большей площади котловины намечена по результатам интерпретации только потенциальных полей (рис. 2). Главная особенность котловины Подводников – наличие на всей площади ее фундамента поперечных разломов и в северной части – левосторонних сдвигов, трассируемых через котловину из области хребта Ломоносова на примыкающее к ней с востока поднятие Менделеева. Структура последнего была описана ранее [Черных и др., 2016] и, ввиду отсутствия новых данных, не претерпела значимых изменений.

Наиболее древними (домезозойскими) тектоническими нарушениями, выявленными в районе исследования, являются, вероятно, некоторые из предполагаемых по данным поля силы тяжести – в центральной части массива Де-Лонга. Они относятся к ранним этапам становления этой структуры. В целом домезозойская тектоника в пределах акватории исследуемого региона оказалась маскирована в результате последующих тектоно-магматических событий. Закрытие Южно-Анюйского палеоокеана привело к столкновению Котельнического массива и массива Де-Лонга в составе Чукотско-Аляскинского микроконтинента с Сибирью и структурами Колымской петли [Лаверов и др., 2013]. В результате была сформирована позднекиммерийская Новосибирско-Чукотская покровно-складчатая система, структуры которой в восточной части моря Лаптевых огибают блок обсуждаемых срединных массивов с северо-запада и продолжаются, как минимум, в сибирский сегмент хребта Ломоносова. Синхронно с закрытием Южно-Анюйского палеоокеана, к северу от Чукотско-Аляскинского микроконтинента, раскрывался Амеразийский бассейн. Время формирования входящей в его состав котловины Подводников достоверно неизвестно, но, вероятно, это произошло в позднем меле. Вместе с котловиной Карасика она формировалась в обстановке транстенсии, с развитием сбросовых нарушений и косоориентированных сбросо-сдвигов. При этом происходило отодвигание поднятия Менделеева от хребта Ломоносова, для чего к северу от массива Де-Лонга на этом этапе эволюции должна была существовать правосторонняя сдвиговая зона [Chernykh et al., 2018]. Учитывая раскрытие прогиба Де-Лонга на севере в котловину Карасика (рис. 2), можно предположить, что его образование происходило синхронно с последней, по причине небольшого по амплитуде перемещения указанного массива от хребта Ломоносова.

Последний этап тектоно-магматической активизации в регионе связан с раскрытием Евразийского бассейна, что отображено на серии актуализированных [Черных, 2005] палинспастических реконструкций (рис. 3). Приблизительно 53 млн л.н. СОХ Гаккеля достиг области, представляющей собой сложный узел сопряжения герцинид Таймыро-Северозевельской покровно-складчатой области и мезозоид Верхоянского складчатого пояса и Новосибирско-Чукотской покровно-складчатой системы, разделенных Южно-Анюйской сутурой. Далее продвижение происходило по ослабленной зоне – приблизительно по шву между Таймыро-Северозевельской покровно-складчатой области и Новосибирско-Чукотской покровно-складчатой системы, с проникновением внутрь Верхоянского складчатого пояса близ края Сибирской платформы (рис. 3б). СОХ Гаккеля в процессе аккреции океанической коры удалялся от Баренцево-Карской окраины, и центры растяжения в Лаптевоморском регионе также со временем мигрировали в восточном направлении [Черных, 2005; Drachev et al., 1998]. В результате этого процесса постепенно формировалась Лаптевоморская рифтовая система (рис. 3в–3е).

В отличие от центрального сегмента хребта Ломоносова, в сибирский его сегмент практически не трассируются поперечные разрывные нарушения из Евразийского бассейна, заканчиваясь в области зоны перехода континент-океан (рис. 2). Многочисленные сбросы, сформировавшие западный борт сибирского сегмента хребта Ломоносова, ограничиваются поперечными нарушениями, заложенными, по-видимому, на предыдущих этапах эволюции. Следов существования гипотетической Хатангско-Ломоносовской трансформной зоны и признаков обстановок транстенсии [Шипилов и Кириллова, 2020; Drachev et al., 2018] установить не удается. Полученные результаты демонстрируют, что хребет Ломоносова вместе с примыкающими с востока структурами Амеразийского бассейна при отодвигании от Баренцево-Карской окраины не испытал перемещения относительно смежной части арктической окнтинентальной окраины Евразии, что и предполагалось некоторыми исследователями ранее [Гусев, 2011; Каминский и др., 2019; Поселов и др., 2012; Черных, 2005; Jokat et al., 2013]. Граница между Евразийской и Северо-Американской плитами оформилась по хребту Гаккеля, а южнее – приобрела диффузный характер внутри Лаптевоморской системы рифтов.

Исследования выполнены за счет средств субсидии на выполнение государственного задания ФГБУ “ВНИИОкеангеология” на 2019 г.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Аветисов Г.П. О границах литосферных плит на шельфе моря Лаптевых // Доклады РАН. 2002. Т. 385. № 6. С. 793–796.

2. Глебовский В.Ю., Черных А.А., Каминский В.Д. и др. Основные итоги и планы дальнейших магнитометрических и гравиметрических исследований в Северном Ледовитом океане // 70 лет в Арктике, Антарктике и Мировом океане (ред. Каминский В.Д., Аветисов Г.П., Иванов В.Л.). СПб.: ВНИИОкеангеология, 2018. С. 196–208.

3. Гусев Е.А. Геологическое строение области сочленения хребта Ломоносова с континентальной окраиной морей Лаптевых и Восточно-Сибирского // Нефтегазовая геология. Теория и практика. 2011. Т. 6. № 3. С. 7.

4. Каминский В.Д., Аветисов Г.П., Поселов В.А. К вопросу о существовании сдвигового разлома в Северном Ледовитом океане между подводным хребтом Ломоносова и прилегающим шельфом // Доклады РАН. 2019. Т. 487. № 5. С. 562–565.

5. Косько М.К., Соболев Н.Н., Кораго Е.А. и др. Геология Новосибирских островов – основа интерпретации геофизических данных по Восточно-Арктическому шельфу России // Нефтегазовая геология. Теория и практика. 2013. Т. 8. № 2. 36 с.

6. Лаверов Н.П., Лобковский Л.И., Кононов М.В. и др. 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.

7. Посёлов В.А., Аветисов Г.П., Буценко В.В. и др. Хребет Ломоносова как естественное продолжение материковой окраины Евразии в Арктический бассейн // Геология и геофизика. 2012. Т. 53. № 12. С. 1662–1680.

8. Черных А.А. Глубинное строение и тектоника зоны перехода континент-океан в море Лаптевых по геофизическим данным / Автореф. дис. к.г.-м.н.: 25.00.10. СПб. 2005. 24 с.

9. Черных А.А., Астафурова Е.Г., Глебовский В.Ю. и др. Новые данные о тектонике поднятии Менделеева и сопредельных геоструктур // Доклады РАН. 2016. Т. 470. № 2. С. 194–198.

10. Шипилов Э.В., Кириллова Т.А. Тектоника зоны сочленения Евразийского бассейна и хребта Ломоносова с континентальной окраиной Сибири // Труды Ферсмановской научной сессии ГИ КНЦ РАН. 2020. Т. 17. С. 563–567.

11. Chernykh A., Glebovsky V., Zykov M., Korneva M. New insights into tectonics and evolution of the Amerasia Basin // J. Geodynamics. 2018. V. 119. P. 167–182. https://doi.org/10.1016/j.jog.2018.02.010

12. Drachev S.S., Savostin L.A., Groshev V.G., Bruni I.E. Structure and Geology of the Continental Shelf of the Laptev Sea, Eastern Russian Arctic // Tectonophysics. 1998. V. 298. P. 357–393.

13. Drachev S.S., Mazur S., Campbell S., et al. Crustal architecture of the East Siberian Arctic Shelf and adjacent Arctic Ocean constrained by seismic data and gravity modeling results // J. Geodynamics. 2018. V. 119. P. 123–148. https://doi.org/10.1016/j.jog.2018.03.005

14. Fujita K., Cambray F.W., Velbel M.A. Tectonics of the Laptev Sea and the Moma rift systems, northeastern USSR // Marine Geology. 1990. V. 93. P. 95–118.

15. Jokat W., Ickrath M., O’Connor J. Seismic transect across the Lomonosov and Mendeleev ridges: Constraints on the geological evolution of the Amerasia Basin, Arctic Ocean // Geophys. Res. Lett. 2013. V. 40. № 19. P. 5047–5051.

TECTONIC STRUCTURE OF THE LOMONOSOV RIDGE AND EURASIAN CONTINENTAL MARGIN JUNCTION

A. A. Chernykh V. D. Kaminskiy, I. V. Yakovenko, and M. S. Korneva

I.S. Gramberg All-Russian Scientific Research Institute of Geology and Mineral Resources of the World Ocean (VNIIOkeangeologia), Saint-Petersburg, Russian Federation 

The tectonic structure of the junction zone of the Lomonosov Ridge and the Arctic continental margin of Eurasia was clarified due to comprehensive analysis of potential field data and results of the newest seismic surveys. Existence of hypothetical the Khatanga-Lomonosov transform zone is not confirmed by inferred systems of faults. The obtained results confirmed and detailed the model which considers the Eurasian Basin opening as accompanied by movement of the Lomonosov Ridge and adjacent from the east and south the geological structures as a parts of the North American plate away from the Barents-Kara margin.

Keywords: Lomonosov Ridge, Arctic continental margin of Eurasia, Khatanga-Lomonosov transfer zone, tectonics, evolution

Ссылка на статью:

Черных А. А., Каминский В. Д., Яковенко И. В., Корнева М. С. Тектоническое строение области сочленения хребта Ломоносова и континентальной окраины Евразии // Доклады Российской академии наук. Науки о земле. 2021. Т. 498. № 1. С. 5–11.