В настоящее время большинство исследователей Арктики согласны в том, что система глубоководных поднятий Менделеева–Альфа является частью гигантской высокоширотной Арктической вулканической провинции, но природа подстилающей эти поднятия коры остается остро дискуссионной. Главные контрверсии: растянутая погруженная континентальная кора – океаническое плато типа «горячей точки».

Сейсмические исследования ГСЗ, МОВ (ФГУП «ВНИИОкеангеология им. И.С. Грамберга») и МОВ-ОГТ (ФГУНПП «Севморгео»), выполненные в период с 2000 по 2009 г. вдоль профилей Арктика-2000, Арктика-2005 и 5-АР (рис. 1), дали информацию для нового понимания глубинной структуры коры поднятия Менделеева и зоны его сочленения с Восточно-Сибирским шельфом.

Реализованные системы широкоугольных сейсмических зондирований обеспечили записи рефрагированных и отраженных P-волн до удалений 200-250 км [Поселов и др., 2007], а современная технология лучевого и синтетического моделирования [Zelt, 1999] позволила расшифровать волновые поля и корректно решить прямую сейсмическую задачу по подбору скоростных моделей коры. На сейсмических записях ГСЗ проинтерпретированы волны, рефрагированные в верхней и нижней коре (Pg и Pl), отраженные от поверхности мантии (PmP) и рефрагированные в ней (Pn), а также волны, отраженные от внутрикоровых границ.

Первым ключевым вопросом для понимания природы Поднятия Менделеева являлась оценка скоростей в нижней коре. Связанные с последней волны (Pl и PmP), а также их синтетические эквиваленты, визуализированные со скоростью редукции 6.8 км/с, показали, что скорости P-волн в нижней коре ПМ не превышают значений 6.8–6.9 км/с, что делает сомнительными аналогии ПМ с «горячими точками» типа Исландии [Jokat, 2003].

Далее дается краткое описание финальных скоростных моделей (рис. 1).

Арктика-2000. На модели прослежены: два осадочных комплекса, разделенных региональным несогласием - предмиоценовым, слившимся (в масштабе модели) с посткампанским (соответствуют двум главным перерывам в разрезе скважин IODP ACEX-2004) [Поселов и др., 2007; Backman et al., 2006; Butsenko, Poselov, 2006]. Комплексы характеризуются скоростями 1.8-2.8 км/с (верхний) и 3.0-3.5 км/с (нижний); суммарная мощность комплексов достигает максимума в ~3.5 км в котловине Макарова, в осевой части Поднятия Менделеева (под возвышенностью «Академик Федоров») она уменьшается до ∼0.5 км. Промежуточный комплекс: его скоростные параметры характеризуются диапазоном 4.5-5.6 км/с; мощность варьируется в широком диапазоне от 1 до 4 км, достигая максимальных значений в осевой части Поднятия Менделеева. Верхняя кора: характеризуется вариациями скорости от 6.0-6.1 до 6.3-6.4 км/с, на Поднятии Менделеева мощность верхней коры составляет 4-5 км, под котловиной Макарова она уменьшается до ~1.5 км, под котловиной Менделеева до ∼2 км. Нижняя кора: ее скоростные параметры изменяются в пределах 6.75-6.9 км/с, мощность составляет ~20 км под осевой частью Поднятия Менделеева, уменьшается до ~10 км в котловине Макарова и до ~7 км в котловине Менделеева. Верхняя мантия: скорости в ней оцениваются значением ∼8.0 км/с, глубина до раздела Мохо изменяется от ~30 км под осевой частью Поднятия Менделеева до ∼20 км в котловине Макарова и ~15 км в котловине Менделеева.

Арктика-2005. На модели прослежены два осадочных комплекса, разделенных региональным несогласием (см. выше): верхний со скоростями от 1.9-2.7 км/с в Северо-Чукотском прогибе до 1.6-1.9 км/с на Поднятии Менделеева, нижний - от 3.9-4.5 в Северо-Чукотском прогибе до 3.1-3.3 км/с на Поднятии Менделеева; суммарная мощность комплексов достигает максимума в 10-11 км в депоцентре Северо-Чукотского прогиба, на Поднятии Менделеева она не превышает ~2.5 км. Кроме того, в Северо-Чукотском прогибе выделяется третий осадочный комплекс со скоростями 4.8-5.8 км/с и мощностью в депоцентре ~6 км. Общая мощность осадочного разреза в Северо-Чукотском прогибе достигает 16-18 км. Промежуточный комплекс прослеживается вдоль Поднятия Менделеева до северного борта Северо-Чукотского прогиба и залегает непосредственно на верхней коре; его скоростные параметры характеризуются значениями 4.8-5.1 км/с, а мощность не превышает ~3 км. Верхняя кора: скорость в слое меняется в пределах 6.1-6.3 км/с, мощность сокращается до 2-3 км под Северо-Чукотским прогибом, на Поднятии Менделеева варьируется в диапазоне 4-8 км. Нижняя кора: скорость в ней увеличивается от 6.6-6.8 км/с в Северо-Чукотском прогибе до 6.7-6.9 км/с на Поднятии Менделеева; мощность составляет 9-10 км под Северо-Чукотским прогибом и увеличивается до 20-22 км на Поднятии Менделеева. Верхняя мантия: скорость в ней оценивается значением ~8.0 км/с, глубина до раздела Мохо изменяется от ∼30 км под Северо-Чукотским прогибом до 31-34 км под Поднятием Менделеева.

Следует отметить удивительное сходство описанной выше модели Поднятия Менделеева (как по скоростной, так и по глубинной структуре) с таковой континентальной окраины Гренландии [Funck et al., 2006], где также проявляется главная особенность глубинного строения - существенное утолщение нижней коры относительно верхней. Мы объясняем утолщение нижней коры Поднятия Менделеева вулканической активностью, сформировавшей Арктическую вулканическую провинцию.

Вторым ключевым вопросом является природа промежуточного комплекса на Поднятии Менделеева.

Данные МОВ-ОГТ вдоль профиля 5-АР были собраны 8-километровой косой. Ширина сейсмической апертуры позволила эффективно подавить кратные волны и получить мигрированный разрез высокого качества (рис. 2, профиль 5-АР). Экстраполируя датировку несогласий по данным бурения [Klemperer et al., 2002; Sherwood et al., 2002] из американского сектора Чукотского моря в Северо-Чукотский прогиб, мы интерпретируем в последнем верхнепермское, верхнеюрское, нижнемеловое и палеоценовое несогласия (рис. 2, профиль 5-АР). Как видно на компиляции временных разрезов вдоль профилей 5-АР и Арктика-2005 (рис. 2), предположительно позднепалеозойский осадочный комплекс прослеживается из Северо-Чукотского прогиба на Поднятие Менделеева, где он становится сейсмически нестратифицированным (возможно, из-за изобилия вулканического компонента) и интерпретируется как промежуточный.

Профиль многолучевого эхолота/профилографа через возвышенность «Академик Федоров» (2010 г.) зафиксировал углы склонов до 20º и выходы коренных пород на эскарпах Поднятия Менделеева. По образцам каменного материала, драгированного здесь же в 2000 г., коренные породы датируются поздним палеозоем [Кабаньков и др., 2004]. Следовательно, совокупность этих данных косвенно подтверждает продолжение позднепалеозойского комплекса осадков из Северо-Чукотского прогиба на Поднятие Менделеева.

Таким образом, основные структурные элементы консолидированной коры и осадочного чехла непрерывно прослеживаются с Восточно-Сибирского шельфа на Поднятие Менделеева, где очевидны тектонические черты растянутой континентальной коры. К признакам растяжения также следует отнести формирование глубокого прогиба с депоцентром под бровкой шельфа в зоне примыкания поднятия. При этом необходимо отметить, что утонение всей коры Поднятия Менделеева (вследствие растяжения) несколько завуалировано утолщением ее нижнего слоя под воздействием вулканической активности (LIP-утолщение).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Кабаньков В.Я., Андреева И.А., Иванов В.Н. О происхождении донных осадков, поднятых на геотраверзе «Арктика-2000» в Северном Ледовитом океане (район Поднятия Менделеева) // ДАН. 2004. Т. 399. № 2. C. 24-26.

2. Посёлов В.А., Верба В.В., Жолондз С.М. Типизация земной коры Центрально-Арктических поднятий Северного Ледовитого океана // Геотектоника. 2007. № 4. C. 48-59.

3. Backman J., Moran K., McInroy D.B., Mayer L.A. // Proc. Integrated Ocean Drilling Program. 2006. V. 302. P. 1-115.

4. Butsenko V.V., Poselov V.A. In: Proc. IV Intern. Conf. on Arctic Margins (ICAM IV). Anchorage: Department Interior, 2006. P. 125–131.

5. Funck T., Jackson H.R., Dehler S.A., Reid I.D. A Refraction Seismic Transect from Greenland to Ellesmere Island, Canada: The Crustal Structure in Southern Nares Strait // Polarforschung. 2006. V. 74. № 1/3. P. 97–112.

6. Jokat W. Seismic investigations along the western sector of Alpha Ridge, Central Arctic Ocean // Geophys. J. Int. 2003. № 152. P. 185–201.

7. Klemperer S.L., Miller E.L., Grantz A., Scholl D.W. Crustal structure of the Bering and Chukchi shelves: Deep seismic reflection profiles across the North American continent between Alaska and Russia // Geol. Soc. Amer. Spec. Pap. 2002. V. 360. P. 15–24.

8. Sherwood K.K., Johnson P.P., Craig J.D., et al. Structure and stratigraphy of the Hanna Trough, U.S. Chukchi Shelf, Alaska // Geol. Soc. Amer. Spec. Pap. 2002. V. 360. P. 39–66.

9. Zelt C.A. Modelling strategies and model assessment for wide-angle seismic traveltime data // Geophys. J. Int. 1999. № 139. P. 183–204.

Ссылка на статью:

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