Геотрансект хребет Гаккеля - хребет Ломоносова пересекает восточную часть Евразийского бассейна Арктической геодепрессии.

По данным магнитометрических наблюдений в Евразийском бассейне были выделены линейные магнитные аномалии (вплоть до 28-й) и сделано заключение о спрединговой природе океанического дна Евразийского бассейна. Однако анализ сейсмических материалов, подученных по геотрансекту в процессе дрейфа станции «Северный полюс-24», приводит к выводу об ограниченном влиянии механизма спрединга на формирование Евразийского бассейна.

Проанализировано расположение по трансекту осей номерных линейных магнитных аномалий. Сопоставление показывает очевидную корреляцию рельефа фундамента с магнитными аномалиями, начиная с осевой до 13-ой включительно. В то же время аномалии 17-23, приуроченные к восточной части котловины Амундсена, однозначной корреляции с рельефом фундамента не имеют.

Сделан вывод о том, что возраст осадочных комплексов в Евразийском бассейне нельзя оценивать по хронологии магнитных аномалий.

Одной из центральных морфоструктур Арктической геодепрессии, выделяемой по батиметрическим и геофизическим данным, является Евразийский бассейн. В состав этого бассейна входят котловины Нансена, Амундсена и разделяющий их срединно-океанический хребет Гаккеля. Западной границей Евразийского бассейна являются континентальные окраины Евразии и Гренландии, восточной - хребет Ломоносова, который играет роль пограничной структуры между Евразийским и Амеразийским бассейнами. Хребет Ломоносова прослеживается от континентальной окраины Евразии до Гренландско-Элсмирской окраины на расстояние более 1500 км. В морфологическом плане хребет Ломоносова на границе с Евразийским бассейном представлен четко выраженными элементами континентальной окраины - вершинной поверхностью, склоном и подножием. Подножие континентального склона хребта в котловине Амундсена прослеживается на глубинах 4000-4300 м. Здесь склон хребта осложнен многочисленными террасами (глубины 2000-3000 м), впадинами и каньонами. Крутизна склона изменяется в широких пределах - от 2° до 18°.

Срединно-океанический хребет Гаккеля непрерывно прослеживается от континентальной окраины моря Лаптевых до Гренландии (около 1600 км). В морфологическом плане хорошо выделяется рифтовая зона хребта, состоящая из рифтовой долины, рифтового плато и рифтовых гор. Рифтовая долина в центральной части хребта прослеживается на глубинах 4200-4300 м. К западу и востоку от рифтовой долины выделяется ряд вулканических построек с относительными высотами 600-800 м. Сочленение хребта Гаккеля с котловиной Амундсена представлено рифтоморфной структурой, осложненной по бортам вулканическими постройками.

Евразийский бассейн характеризуется линейным, ритмично знакопеременным аномальным магнитным полем. Отмечается симметричность магнитного поля относительно наблюдаемых над рифтовой зоной преимущественно положительных аномалий. Интенсивность магнитных аномалий составляет ±200 нТл.

В пределах хребта Ломоносова магнитное поле преимущественно пониженное, спокойное, с линейным обликом в плане.

В 70-е годы российскими и западными геофизиками [Karasik, 1968; Vogt et al., 1969] в магнитном поле Евразийского бассейна были выделены серии линейных аномалий (до 28-ой включительно по шкале Ламонта) и установлен спрединг океанического дна. На основе этих данных появилась гипотеза о возникновении океанической коры в Евразийском бассейне, генерируемой срединно-океаническим хребтом Гаккеля, с последующим перемещением ее к периферии. При этом, согласно другой гипотезе [Vine & Matthews, 1963], каждой линейной аномалии соответствует определенный возраст. В этом случае возраст океанической коры и залегающего на ней осадочного слоя оценивается по магнитной хронологии.

Начало спрединга в Евразийском бассейне (раскрытие бассейна) одни исследователи [Vogt et al., 1969] связывают с 28-ой аномалией, которая вместе с 25-ой и последующими аномалиями образует широкую отрицательную аномалию, расположенную между местоположением 24-ой аномалии и подножием континентального склона хребта Ломоносова, другие [Srivastava, 1985] - с 24-ой аномалией. В целом, по оценке западных исследователей [Srivastava, 1985], в период с 24-ой по 13-ю магнитные аномалии спрединг проявлялся одновременно во всей западной части Арктического бассейна (Евразийский бассейн, Норвежско-Гренландское и Лабрадорское моря) и в северной Атлантике. При этом детальный анализ магнитных аномалий [Karasik, 1968; Vogt et al., 1969] показал, что скорость спрединга в Евразийском бассейне в этот период упала с 1,2 см/год до 0,5 см/год.

Если определять время раскрытия Евразийского бассейна по магнитохронологии (24-ая аномалия по шкале Ламонта), возраст бассейна составит примерно 60 млн. лет (палеоген).

Характер региональных гравитационных полей Евразийского бассейна в общих чертах сходен с обликом магнитного поля. Аномалии гравитационного поля в редукции Фая четко отображают линейные формы основных особенностей морфоструктур, при этом рифтовая зона срединно-океанического хребта Гаккеля фиксируется линейной аномалией отрицательных значений силы тяжести.

Таким образом, благодаря результатам интерпретации магнитометрических данных, гипотеза спрединговой коры Евразийского бассейна прочно вошла во все тектонические карты и схемы Арктического бассейна и широко поддерживается российскими и западными исследователями.

Однако, анализ сейсмических материалов MOB, полученных на дрейфующей станции «Северный полюс-24» (СП-24) приводит к выводу об ограниченном влиянии срединно-океанического хребта Гаккеля на формирование Евразийского бассейна.

Сейсмические данные СП-24 представляют собой систему дифференциальных сейсмозондирований MOB, полученных в процессе дрейфа станции (рис. 1). При наблюдениях использовалась крестовая приемная расстановка длиной 1150 м (24x50 м) с центральным положением пункта взрыва. В качестве источника возбуждения применялась группа из 1-3 детонаторов, при глубине погружения 7-8 м. Регистрация упругих колебаний выполнялась аналоговой станцией.

Обработка оцифрованных сейсмических материалов MOB выполнялась на базе компьютера Pentium 200 ММХ с расширенной до 64 Мб оперативной памятью. В качестве системы обработки использовалась последняя компьютерная версия системы СЦС-3 - SDS-PC-97, работающая в среде Windows-95.

Граф обработки состоял из процедуры ввода статики, мьютинга, предсказывающей деконволюции, полосовой фильтрации и АРУ (с большим окном). Поскольку исходное волновое поле характеризовалось высоким соотношением сигнал/шум и низкой разрешенностью, то наиболее эффективной, с позиций улучшения данных, оказалась процедура предсказывающей деконволюции с четырьмя операторами обратных фильтров, настроенных на четыре опорных рефлектора. Далее, в интерактивном режиме, результирующий разрез подвергался динамической обработке, заключавшейся в подборе оптимальной динамической гистограммы цветокодирования амплитуд. Черно-белая версия окончательного временного разреза представлена на рис. 2.

В волновом поле временного разреза на фоне комплексов фундамента отчетливо выделяется толща осадочного слоя, достигающая максимальной временной мощности (2,2 с) в районе пк 340-360 (подножие хребта Ломоносова). По сейсмостратиграфическим и динамическим характеристикам осадки делятся на пять структурных этажей (I-V вниз по разрезу).

I. Относительно высокочастотный, характеризуется согласной с дном субгоризонтальной слоистостью и плавно увеличивающейся мощностью (с 0,2 с до 0,3 с) в направлении хребта Гаккеля. Наиболее распространен по площади котловины Амундсена, на востоке выклинивается у поднятия Ломоносова, а на юге (по разрезу) срезается сбросом дна у хребта Гаккеля.

II. Выделяется в виде динамически неоднородного слоя, имеющего мощность 0,2 с у поднятия Ломоносова. Характеризуется слабой волнообразной слоистостью. Имеет тенденцию к плавному увеличению мощности до 0,3 с в направлении хребта Гаккеля, не доходя до которого срезается сбросом дна.

III. Характерен только для котловины, динамически непрозрачный, линзовидной формы, достигает максимальной мощности 0,3 с в центре котловины Амундсена, выклинивается на востоке, в районе пк 360-370, у поверхности IV структурного этажа и на юге (по разрезу) срезается сбросом дна. Поверхность III структурного этажа имеет отчетливый вид границы несогласия.

IV. Динамически прозрачный, в пределах котловины постоянен по мощности (0,4 с), несколько утолщается (до 0,5 с) при приближении к хр. Гаккеля, характеризуется плавным падением рефлекторов в направлении хребта Гаккеля и выклинивается у поднятия фундамента в районе пк 180-190. Комплекс прослеживается на склоне хребта Ломоносова и выклинивается у дна на пк 410.

V. Сильно варьирует по мощности (троговый комплекс) и достигает ее максимумов (до 1,2 с) в прогибах фундамента. Наименее распространен на площади котловины Амундсена, характеризуется слоистостью с крутым падением рефлекторов в направлении хребта Гаккеля и выклинивается у поднятия фундамента на пк 280, присутствует на хребте Ломоносова и выходит на поверхность дна на пк 410 (сменяя комплекс IV).

Комплексы фундамента динамически непрозрачны и характеризуются шероховатой поверхностью. По характеру изрезанности поверхности фундамент подразделяется на два типа. Более низкочастотная изрезанность характерна для хребта Ломоносова и восточной части котловины Амундсена (пк 270-440); более высокочастотная изрезанность поверхности фундамента наблюдается в западной части котловины и на хребте Гаккеля (пк 1-260), где также наблюдаются прорывы фундамента сквозь чехол в водную толщу. В области сопряжения хребта Ломоносова с котловиной Амундсена по поверхности фундамента выделяется краевой прогиб шириной 160 км (пк 270-390).

Следует отметить, что в осадочном чехле, в окрестностях прорывов фундамента, не наблюдается структур облекания рефлекторов; образно можно сравнить данные ситуации с проникновением «горячего ножа в масло». В то же время в области распространения фундамента первого (более низкочастотного) типа структуры облекания рефлекторами неровностей фундамента совершенно очевидны для IV-V структурных этажей. Учитывая вышеизложенное, можно с большой долей достоверности предположить, что прорывы фундамента в западной части котловины Амундсена происходили через уже сформировавшийся осадочный бассейн, и динамика этого процесса была относительно быстрой, вследствие чего контакт осадков с прорывающимися комплексами носил термальный характер.

Выделенные в котловине Амундсена троговый комплекс V, а также вышележащий комплекс IV, прослеживаются в виде проградационных комплексов на склоне и на самом хребте Ломоносова. При этом сейсмокомплекс V по данным сейсмозондирований МПВ экспедиции Polarstern [Jokat et al., 1995] имеет интервальную скорость 5,0-5,2 км/с и датируется палеозойским временем. Теми же авторами вышележащий IV-ый комплекс датируется мезозойским возрастом с интервальной скоростью 4,0-4,5 км/с. Интервальные скорости вышележащих сейсмокомплексов (I-III) котловины Амундсена по оценкам немецких исследователей [Jokat et al., 1995] изменяются в диапазоне 1,9-2,2 км/с.

Все сейсмокомплексы наращивают свою мощность в направлении хребта Гаккеля, однако максимальной мощности осадочный слой достигает в краевом прогибе в восточной части котловины Амундсена за счет развития там трогового комплекса V. С учетом приведенных скоростных параметров разреза, максимальная мощность осадочного слоя в осевой части краевого прогиба составляет 4,3-4,5 км; на долю докайнозойских отложений приходится 3,6 км. На западном борту краевого прогиба мощность осадочного слоя сокращается до 3 км. Далее, в направлении хребта Гаккеля, мощность осадков по всем сейсмокомплексам возрастает практически в равных пропорциях. Увеличение мощности комплексов осадочных отложений в направлении хребта Гаккеля ранее уже отмечалось российскими [Киселев, 1986] и зарубежными [Jokat et al., 1995] исследователями.

Для проведения качественного совместного анализа полученных результатов с аномальным магнитным полем на сейсмический разрез были вынесены точки пересечения рассматриваемого профиля с осями линейных магнитных аномалий (рис. 2).

Сопоставление характера поведения комплексов фундамента с положением номерных магнитных аномалий по шкале Ламонта показывает очевидную корреляцию рельефа фундамента с аномалиями, начиная с осевой (центральная рифтовая долина, пк 40-50) по 13-ую включительно (выступ фундамента на пк 175-185). В то же время выделенные в восточной части котловины Амундсена аномалии № 17-23 очевидного подтверждения в рельефе фундамента не имеют.

Использование магнитной хронологии для определения возраста осадочного чехла в западной части котловины Амундсена (пк 130-180, аномалии № 7-13) представляется довольно проблематичным, поскольку по сейсмостратиграфическим характеристикам аномалеобразующие выступы комплексов фундамента прорвали здесь уже ранее сформировавшийся и, значит, более древний осадочный чехол. По-видимому, в данном случае для стратификации осадков корректно использовать только магнитные аномалии с № 6 и менее.

Таким образом, по сейсмостратиграфическим характеристикам комплексов осадочного слоя, результатам анализа линейных аномалий, морфологическим особенностям поверхности фундамента и геодинамическим условиям формирования бассейна можно сделать вывод о несоответствии возраста осадочных комплексов магнитной хронологии.

По структуре разреза представляется несомненным, что растяжение коры (являющееся причиной формирования депрессии, заполнявшейся осадками, и подъема мантии) сменилось расколом коры по оси бассейна и раздвигом после формирования основной части осадочного слоя. Спрединговая часть Евразийского бассейна ограничивается 6-ой (13-ой ?) магнитной аномалией и не выходит за пределы морфологически выраженного хребта Гаккеля. Остальные линейные аномалии в основном соответствуют выступам фундамента, в той или иной степени вклинивающимся в осадочный слой.

С целью объяснения несоответствия возраста осадочного слоя линейным аномалиям, предлагается альтернативное спрединговой природе объяснение условий формирования Евразийского бассейна.

Принимается, что формирование Евразийского бассейна связано с возникновением мантийного диапира (мантийным свод с тяжелым субстратом) под континентальной корой. В этом случае возникает растяжение коры на уровне реологически пластичных слоев, вызывая тем самым прогибание ее поверхности и формирование депрессии, заполнявшейся водой и осадками. Подъем поверхности диапира мог происходить до подошвы жесткой коры, уровень которой составляет 15-20 км. После этого возможности прогибания фундамента исчерпываются, но депрессия продолжает заполняться осадками, что утяжеляет литосферу без возможности компенсации и создает избыточное давление на астеносферу. Реакция астеносферы вызывает внедрение астенолита с разрывом коры, то есть начало спредингового процесса. Данные глубинных сейсмических исследований [Kristoffersen & Husebye, 1985] подтверждают присутствие разуплотненной верхней мантии с V=7,26 км/с под рифтовой долиной хребта Гаккеля, в то время как на флангах бассейна скорость в мантии составляет 7,96 км/с.

Список литературы

1. Киселев Ю.Г. Глубинная геология Арктического бассейна. М., Недра, 1986. 224 с.

2. Jokat W., Weigelt Е., Kristoffersen Y., Rasmussen Т., Schone Т. New insights into the evolution of the Lomonosov Ridge and the Eurasian Basin // Geophysical Journal International. 1995. Vol. 122. № 2. P. 378-392.

3. Karasik A.M. Magnetic anomalies of the Gakkel Ridge and origin of the Eurasian Subbasin of the Arctic Ocean // Geophis. Methods Prospect. Arctic . 1968. № 5. P. 8-19.

4. Kristoffersen Y., Husebye E.S. Multichannel seismic reflection measurements in the Eurasian Basin. Arctic Ocean, from US ice station FRAM IV // Tectonophysics. 1985. Vol. 114. № 1-4. P. 103-115.

5. Srivastava S.P. Evolution of the Eurasian Basin and its implication to the motion of Greenland along the Nares Strait // Tectonophysics. 1985.Vol. 114. № 1-4. P. 29-53.

6. Vine F.J., Matthews D.H. Magnetic anomalies over oceanic ridges // Nature. 1963. Vol. 199. P. 947-949.

7. Vogt P.R., Avery O.E., Schneider E.D., Anderson C.N., Bracey D.R. Discontinuities in sea-floor spreading // Tectonophysics. 1969. Vol. 8. № 4-6. P. 285-317.

Poselov V.A., Butsenko V.V., Pavlenkin A.D. Seismic data of geotranssection Gakkel Ridge - Lomonosov Ridge: implications to non-spreading origin of Eurasian Basin // Geological-geophysical features of the lithosphere of the Arctic Region. Vol. 2. St. Petersburg , VNIIOkeangeologia, 1998. P. 177-183.

Geotranssection crosses Eastern part of Eurasian Basin of Arctic geodepression from Gakkel Ridge to Lomonosov Ridge.

Magnetic studies in Eurasian Basin show linear magnetic anomalies (up to 28-th anomaly). These are evidence of spreading origin of Eurasian Basin sea floor. However, interpretation of seismic data newly obtained along geotranssection during drifting of «North Pole-24» station suggests rather restricted influence of spreading mechanism to Eurasian Basin forming.

Distribution of axis of a number of linear magnetic anomalies along geotranssection was analysed. This analysis shows distinct correlation between relief of basement and magnetic anomalies from axial to 13-th. But anomalies 17-23 in the Eastern part of Amundsen Basin has no correlation with basement topography.

It is concluded that age of sedimentary units in Eurasian Basin could not be evaluated according chronology of magnetic anomalies.

Fig. 2, references - 7.

Ссылка на статью:

Поселов В.А., Буценко В.В., Павленкин А.Д. Альтернатива спрединговой природе Евразийского бассейна по сейсмическим данным (на примере геотрансекта хребет Гаккеля - хребет Ломоносова) // Геолого-геофизические характеристики литосферы Арктического региона. Выпуск 2. СПб., ВНИИОкеангеология, 1998, с. 177-183.