В этой обширной области, где глубина воды достигает 3- 4 км , расположены хребет Ломоносова и поднятие Менделеева, между которыми находятся котловины Макарова и Подводников. Природа земной коры здесь является дискуссионной. Средняя толщина океанической коры составляет 7 км , и выраженный гранитный слой в ней отсутствует. В рассматриваемой области кора имеет толщину ~ 15- 30 км , а в ее верхней части, под осадками, скорости продольных волн характерны для пород гранитного состава [Поселов и др., 2002 и др.]. Поэтому земную кору в указанных структурах можно отнести к континентальному типу. Внутри океанов встречаются, однако, отдельные глубоководные области, где земная кора также имеет высокую мощность, до 20- 30 км и более, и, судя по сейсмическим данным, она включает гранитный слой значительной толщины. Сюда относятся плато Онтонг-Джава и Манихики в Тихом океане, поднятие Альфа в канадском секторе Северного Ледовитого океана, северная часть плато Кергелен в Индийском океане и ряд других структур. Так, на плато Онтонг-Джава толщина коры достигает 30 км , при толщине гранитного слоя до 5- 6 км [Gladchenko et al., 1997]. Обычно предполагается, что такие структуры формировались внутри океанов вблизи осей спрединга при выплавлении больших масс корового материала на горячих пятнах над крупными мантийными плюмами [Forsyth et al., 1986]. Их современным аналогом считается горячее пятно Исландии. Кору подобных структур относят к океаническому типу, но ее природа остается еще не вполне ясной [Taylor, 2006].

Горячее пятно располагается выше уровня океана до тех пор, пока под ним залегает мощный слой аномально нагретого вещества плюма и на поверхности проявляется интенсивный вулканизм. После прекращения притока из глубины вещества плюма, в дрейфующей литосферной происходит охлаждение: коры и мантии до глубины ~100 км. Оно сопровождается термоупругим сжатием этих слоев, что приводит к погружению коры. Погружение развивается во времени t по тому же закону, что и погружение океанической коры, образовавшейся на оси спрединга [Watts, 2001; Coffin, 1992]. На горячих пятнах, вначале находившихся вблизи уровня моря, погружение продолжается в течение времени t₀ ~80 млн. лет, после чего достигается конечная глубина воды h_в0 ~2- 3 км . На основной части указанного периода времени глубина воды h_в хорошо описывается соотношением h_в = h_в0.(t/t₀)^1/2. Соответствующая кривая изменения во времени глубины моря показана на рисунке. Погружение коры на остывающем горячем пятне вначале развивается быстро, а затем сильно замедляется.

В рассматриваемой части Российского сектора Арктики погружение развивалось совершенно иным образом. Так, на хребте Ломоносова при глубоководном бурении (экспедиция АСЕХ-302) [Backman et al., 2006] была достигнута позднемеловая  кора выветривания, на которой несогласно залегают осадки верхнего палеоцена [Backman et al., 2006; Ким и Глезер, 2007]. Коры выветривания обычно образуются за десятки миллионов лет на относительно небольших абсолютных высотах. С конца мела началось медленное погружение, и к позднему олигоцену (за период от 55 до 25 млн. лет) на хребте накопилось около 200 м мелководных осадков. Таким образом, главными событиями, в пробуренном разрезе являются продолжительная эпоха мелководного осадконакопления между поздним палеоценом и ранним миоценом (или поздним олигоценом) и последующее быстрое погружение коры с образованием глубоководного бассейна.

В отсутствие осадков в условиях изостатического равновесия глубина моря достигла бы ~100 м. Погружение коры, которое имело бы место с конца мела и до позднего олигоцена в присутствии только водной нагрузки, схематически показано на рисунке. В позднем олигоцене мелководные осадки на хребте резко сменились глубоководными отложениями. Как точно развивалось погружение с этого времени, неизвестно, но к настоящему моменту глубина моря в районе скважины достигла ~1400 м.

Смена в позднем олигоцене мелководных осадков глубоководными привела к образованию выраженного несогласия, прослеживающегося по всему хребту Ломоносова. Это указывает на то, что в позднем олигоцене весь хребет, располагавшийся на уровне мелководного шельфа, испытал быстрое погружение. В результате к настоящему времени на его склонах глубина воды достигла 2- 3 км . Как следует из рисунка, такое развитие движений коры, включающее длительную фазу медленного погружения с последующим быстрым погружением, прямо противоположно развитию погружения океанической коры на горячем пятне, потерявшем свою активность (см. рисунок). В последнем случае должно наблюдаться быстрое погружение в начальной фазе с его последующим сильным замедлением. Это исключает океаническую природу коры на хребте Ломоносова и указывает на то, что он подстилается корой континентального типа.

Драгирование на крутых склонах поднятия Менделеева показало, что с верхнего силура по раннюю пермь здесь в отсутствие вулканизма происходило очень медленное погружение коры. В результате в крайне мелководных условиях накопилось 400- 500 м доломитов, известняков, песков и аргиллитов. Это означает, что в течение ~190 млн. лет поднятие Менделеева почти не погружалось и располагалось на малой глубине вблизи уровня моря. Для потерявшего активность горячего пятна на океанической коре такая ситуация абсолютно исключена. За 100 млн. лет при слабом осадконакоплении оно погрузилось бы до глубины ~2 км. В дальнейшем поднятие оставалось вблизи уровня моря вплоть до позднего олигоцена. В это время здесь, как и на хребте Ломоносова, произошло быстрое погружение с резкой сменой мелководных отложений глубоководными.

Позднеолигоценовое несогласие, указывающее на быструю смену мелководных осадков глубоководными, прослеживается с хребта Ломоносова на восток в котловины Макарова и Подводников. Быстрое погружение в этих областях свидетельствует о том, что в них также залегает кора континентального типа. Таким образом, весь рассматриваемый регион подстилается корой континентального типа. Быстрые погружения континентальной коры происходят при инфильтрации в нее активного флюида из небольших мантийных плюмов [Артюшков, 2007 и др.]. В присутствии флюида резко ускоряется метаморфизм в нижней коре с образованием из габбро более плотных гранатовых гранулитов и эклогитов. С этим явлением было связано образование глубоководных впадин на северо-востоке Российского сектора Арктики.

Быстрые погружения коры являются характерным признаком крупных нефтегазоносных бассейнов. Поэтому можно с большой вероятностью ожидать, что в рассматриваемой области сосредоточены крупные ресурсы нефти и газа.

Работа выполнена при поддержке РФФИ, проект № 06-05-65197, а также программ 1, 6 и 14 ОНЗ РАН.

Литература

1. Артюшков Е.В. Образование Южно-Каспийской впадины в результате фазовых переходов в нижней части континентальной коры // Геология и геофизика. 2007. Т. 48, № 12. С. 1289-1306.

2. Ким Б.И., Глезер З.И. Осадочный чехол хребта Ломоносова (стратиграфия, история формирования чехла и структуры, возрастные датировки сейсмокомплексов) // Стратиграфия. Геол. корреляция. 2007. Т. 15, № 4. С. 61-83.

3. Поселов В.А., Грамберг И.С., Мурзин P.P. и др. Структура и границы континентальной и океанической литосферы Арктического бассейна // Российская Арктика: геологическая история, минерагения, геоэкология / Ред. Д.А. Додин, B.C. Сурков. СПб.: ВНИИОкеангеология, 2002. С. 121-133.

4. Backman J., Moran K., McInarou D.B. et al. Proceedings of the Integrated Ocean Drilling Program. 2006. V. 302. 169 p.

5. Coffin M.F. Emplacement and subsidence of Indian Ocean Plateaus and submarine ridges // Synthesis of Results from Scientific Drilling in the Indian Ocean . Geophysical Monograph 70. Amer. Geophys. Union . 1992. P. 115-125.

6. Forsyth D.A., Asudeh I., Green A.G., Jackson H.R. Crustal structure of the northern Alpha Ridge beneath the Arctic Ocean // Nature. 1986. V. 322. P. 349-352.

7. Gladchenko T.P., Coffin M.F., Eldholm О. Crustal structure of the Ontong Java Plateau: Modeling of new gravity and existing seismic data // J. Geophys. Res. 1997. V. 102. P. 22711-22729.

8. Taylor B. The single largest oceanic plateau: Ontong Java - Manihiki - Hikurangi // Earth Planet. Sci. Lett. 2006. V. 241. P. 372-380.

9. Watts A.B. Isostasy and Flexure of the Lithosphere. Cambridge , 2001. 458 p.

Ссылка на статью:

Артюшков Е.В., Поселов В.А. Континентальная кора в глубоководных впадинах на северо-востоке Российского сектора Арктики. Геология полярных областей Земли. Материалы XLII Тектонического совещания. Том 1, 2009, с. 24-27.