Аномальное строение хребта Книповича
Аномальное строение хребта Книповича
Содержание
Аннотация
Введение
Фактический материал
Методика исследований
Палеогеографическая эволюция Норвежско-Гренландского моря
Обсуждение
Заключение
Литература
Аннотация
Анализ батиметрии, данных сейсмоакустических исследований и профилирования МОВ ОГТ, а также исследования современной сейсмичности хребта Книповича обнаруживает его несогласное в тектоническом плане положение по отношению к окружающим структурам, что позволяет отнести его к новейшим, наложенным образованиям. Время заложения хребта Книповича, как океанического рифта, по имеющимся геолого-геофизическим материалам относится к миоценовому времени. Простирание линеаментов, подчеркиваемое глубинной структурой и современной топографией дна в западном фланге хребта и в пределах его гребневой зоны, по-видимому, отражает геометрию полей напряжений и динамику тектонических движений, отличающихся от современного структурного плана. По степени выраженности структурных элементов и изменчивой направленности тектонического развития, нетипичных для срединно-океанических хребтов, хребет Книповича представляет собой океанический рифт, находящийся на стадии своего структурного оформления.
Введение
Район хребта Книповича многие годы служит полигоном комплексных и специальных исследований международных экспедиций научно-исследовательских судов. Повышенный интерес ученых всего мира к этому региону не случаен: архипелаг Шпицберген и прилегающий Норвежско-Гренландский океанический бассейн являются ключевыми структурами для понимания тектоники и эволюции западного сектора Арктического региона и развития структурных связей между Северной Атлантикой и Северным Ледовитым океаном в позднем кайнозое. Большинством исследователей признается спрединговая природа хребта Книповича в Норвежско-Гренландском бассейне. Наличие хорошо выраженной рифтовой долины, современная сейсмичность в районе хребта, знакопеременное магнитное поле, казалось бы, позволяют относить его к обычному звену мировой системы срединно-океанических хребтов. В то же время, многие "аномальные'' черты строения данной морфоструктуры не укладываются в рамки традиционных концепций и требуют еще своего объяснения.
Фактический материал
Рис. 1 |
Методика исследований
Рис. 2 |
Далее был выполнен сейсмостратиграфический анализ материалов многоканального сейсмического профилирования. Для уточнения особенностей строения осадочного чехла глубоководной котловины Норвежско-Гренландского моря с учетом сейсмостратиграфических схем разных авторов [Батурин, 1986, 1992; Савостин, Батурин, 1986; Шкарубо, 1999; Faleide et al., 1996; Hinz and Schluter, 1978] была проведена увязка сейсмических горизонтов. Стратиграфическая привязка опорных отражающих горизонтов базируется, в отличие от предшествующих работ, в том числе и на данных глубоководного океанического бурения в проливе Фрама.
В гребневой зоне хребта Книповича, отличающейся контрастным строением, где непрерывное прослеживание отражающих горизонтов затруднено, расчленение осадочного чехла основывалось на методе определения и идентификации "структурных стилей'' отдельных комплексов. Выделение сейсмостратиграфических комплексов в небольших изолированных впадинах производилось по ряду характерных признаков. Таковыми служат: характер сейсмической записи, несущей косвенную информацию о фациальном составе осадков; степень и вид деформаций осадочных толщ; характер соотношений комплексов между собой и с акустическим фундаментом. Правомерность применения подобных методических приемов диктуется отсутствием прямых геологических наблюдений в многочисленных изолированных впадинах, террасах, "карманах'' и т.д., датирование осадочного чехла которых необходимо для проведения палеотектонических реконструкций.
Палеогеографическая эволюция Норвежско-Гренландского моря
Проведение глубоководного океанического бурения в южной части Норвежско-Гренландского моря (плато Воринг, Лофотенская и Норвежская котловины, Исландское плато) [Talwani and Udintsev, 1976] выявило основные этапы образования океанической котловины. Палеоцен-эоценовый осадочный чехол в ряде мест был сформирован в мелководных условиях, и только несогласно перекрывающие их миоценовые и плиоцен-четвертичные осадки могут быть с уверенностью отнесены к батиальным. Присутствие в разрезах глубоководных скважин выраженных стратиграфических перерывов позволило некоторым исследователям предполагать, что для части современной акватории Норвежско-Гренландского моря раннеолигоцен-среднемиоценовое время характеризовалось поднятием и даже континентальными условиями [Рудич, 1983].
Согласно плитотектонической гипотезе временем заложения южной части Норвежско-Гренландского моря считается эпоха 24 магнитной аномалии (56-58 млн лет назад) [Talwani and Eldholm, 1976]. Однако наличие здесь аномальных по составу базальтов и несоответствие возраста базальтов, вскрытых глубоководным бурением, возрасту линейных магнитных аномалий послужило основанием для разработки тектонических моделей, альтернативным плитотектоническим [Рудич, 1983; Удинцев, 1982]. Ведущими процессами океанообразования в этих моделях являются тафрогенез, траппогенез, океанизация и рифтогенез. Кроме того, предполагалось, что срединно-океанические хребты сформировались на одной из заключительных стадий образования океанической котловины Норвежско-Гренландского моря [Рудич, 1983].
В системе периокеанических прогибов, окаймляющих материковые окраины, отлагались, в основном, кайнозойские осадки. В то же время резкое увеличение мощностей верхнемеловых пород на Западно-Баренцевской окраине [Gabrielsen et al., 1990], а также на плато Воринг [Sigmond, 1992] в сторону современной океанической впадины свидетельствует в пользу докайнозойского возраста заложения системы периокеанических прогибов, расположенных южнее разломной зоны Сенья. Обнаружение в разрезах глубоководных скважин наряду с вулканитами океанического фундамента даек и силлов, имеющих более поздний возраст, чем перекрывающие осадки [Talwani and Udintsev, 1976], свидетельствует о продолжавшихся магматических процессах. Подобные соотношения являются характерными для зон перехода от континента к котловинам Норвежско-Гренландского моря, где осадочные толщи постепенно замещаются туфами и лавами океанической коры [Клитин, 1983, 1988]. Такие структуры в пределах Восточно-Гренландской окраины, выявленные сейсмическими исследованиями, названы "псевдоэскарпами'' [Larsen, 1990].
Рис. 3 |
Палеогеновые диатомовые комплексы в скважине 908, расположенной к северо-западу от хребта Книповича, в пределах асейсмичного хребта Ховгард, характеризуются эпифитичными формами, указывающими на неритовую и прибрежную обстановку с низкой соленостью. Прибрежную палеообстановку подтверждают обнаруженные здесь эпипелические (растущие на мягком осадке), эпипсаммитовые (растущие на песчаном дне), эпибентичные диатомовые таксоценозы. Этот вывод сделан на основе анализа современных экологических обстановок обитания родов Paralia, Diploneis, Cocconeis, Grammatophora, Rhaphoneis и др. [Scherer and Kocc, 1996]. Комплекс палеогеновых диатомовых в скважине 908 свидетельствует также о высокой скорости седиментации в обстановке континентального шельфа с палеоглубинами в первые сотни метров. Довольно часто встречаются пресноводные диатомовые, представляющие прибрежные болота и марши (ацидофильные диатомовые родов Eunotia и Pinnularia) [Scherer and Kocc, 1996]. Некоторые формы, встречающиеся в скважине 908, описаны в олигоценовых осадках Западной Сибири, где они также свидетельствуют о слабосоленой среде обитания в прибрежной обстановке. Комплексы бентосных фораминифер в палеогеновых осадках северной части Норвежско-Гренландского бассейна указывают на обстановку несколько более глубокого шельфа [Ostermann and Spiegler, 1996]. В течение миоцена пролив Фрама отличался высокими темпами осадконакопления и был изолированным относительно глубоководным бассейном, о чем свидетельствуют исследования агглютинирующих бентосных фораминифер. Эта обстановка седиментации благоприятствовала сохранению комплексов агглютинирующих бентосных фораминифер в течение более длительного времени, чем в Северной Атлантике, где они исчезли гораздо раньше [Ostermann and Spiegler, 1996]. Изоляция придонных вод от остальной Северной Атлантики подтверждается также отсутствием карбонатной фауны в скважине 909.
Перечисленные особенности указывают на изолированность бассейнов северной части Норвежско-Гренландского моря, а также на экстраординарную динамику формирования глубоководной впадины с высокими скоростями тектонического погружения в миоцене и особенно в плиоцен-четвертичное время.
Обсуждение
Строение океанической котловины.
Для выяснения структурного и генетического типа хребта Книповича, а также для реконструкции тектонических и геодинамических процессов, ответственных за образование современной морфоструктуры гребневой зоны хребта и рифтовой долины, необходимо обратиться, прежде всего, к общему строению котловины северной части Норвежско-Гренландского бассейна.
Согласно плитотектонической гипотезе образования Норвежско-Гренландского бассейна [Talwani and Eldholm, 1977] раскрытие его северной части началось 36 млн лет назад (13 аномалия), когда Северо-Американская и Евразийская плиты отделились друг от друга, в результате чего образовался океанический рифт. Из подобного сценария тектонической эволюции следует, что олигоценовые отложения, как синхронные начальному этапу раскрытия океанического бассейна, должны локализоваться у противоположных материковых окраин в периокеанических прогибах, а перекрывающие их миоценовые и плиоцен-четвертичные отложения должны характеризоваться более широким распространением, вплоть до зоны хребта.
Рис. 4 |
Рис. 5 |
Очертания глубоководной впадины подчеркиваются конфигурацией флексурно-разломной зоны материкового склона, представляющей собой континентальный фундамент, разбитый системой листрических сбросов и перекрытый осадочным клином. В районе бровки континентального склона и мористее в структуре осадочного чехла континентальной окраины выделяются вытянутые, кулисно-расположенные периокеанические прогибы.
Характер распределения и сейсмофациальные черты комплексов отложений в котловине Норвежско-Гренландского моря свидетельствует о резкой смене обстановки осадконакопления на рубеже миоцена-плиоцена.
|
Рис. 6 |
Цепь наиболее высоких вершин гребневой зоны хребта ассоциируется с 3 магнитной аномалией. Осевая аномалия ярко выражена только в северной части хребта Книповича. Вулканические породы хребта Книповича относительно обогащены натрием, кремнием, калием и обеднены железом [Сущевская и др., 1997; Neumann and Schilling, 1984]. В пределах рифтовой долины фиксируется современная гидротермальная активность [Poroshina et al., 1998].
|
Рис. 7 |
Рис. 8 |
Рис. 9 |
Особенности геодинамической обстановки в зоне хребта.
Развитие в осадках гребневой зоны хребта стратиграфического перерыва, связанного с неотложением осадков или их возможным размывом позволяет предположить воздымание этой области дна. Судя по конседиментационным деформациям осадочных толщ, наблюдаемым на сейсмических разрезах и выраженным в "задирах'' горизонтов и выклинивании осадочных комплексов по направлению к выступам фундамента, данная область была охвачена воздыманием именно в предпозднемиоценовое время. Амплитуда вертикальных движений в первом приближении соизмерима с относительным превышением гребневой зоны хребта над сопряженной абиссальной равниной (Бореальная впадина) и может достигать 0,5-1,0 км. В это же время формируется цепь наиболее высоких вулканических вершин, составляющих современный подводный хребет и ограничивающий рифтовую долину.
Рис. 10 |
Рис. 11 |
Величина постолигоценового горизонтального растяжения в северной части хребта Книповича ориентировочно оценивается сложением проекций на горизонтальную плоскость мест отсутствия олигоценовых пород, что примерно соответствует ширине рифтовой долины (порядка 20 км) и суммарной горизонтальной амплитуде сбросовых нарушений (до 1,5 км). Особенности строения гребневой зоны хребта Книповича позволяют предположить в качестве ведущего механизма его образования возможное формирование сводового поднятия и его последующий раскол.
Рис. 12 |
Простирание линеаментов, выраженное в рельефе и подчеркиваемое структурными чертами базальтового фундамента отражает как параллельные растяжения, так и дискордантные ей структурные элементы: тектонические нарушения и вулканические (экструзивные) формы рельефа. Положение тектонических нарушений на западном фланге, по-видимому, наследует более древние, которые просматриваются в структуре аномального магнитного поля [Olesen et al., 1997] и имеют северо-восточное простирание.
Поперечные разломы.
Существующие геодинамические модели, основанные на анализе структуры аномального магнитного поля, сейсмических и батиметрических данных [Батурин, 1990; Шкарубо, 1996, 1999; Ohta, 1982; Talwani and Eldholm, 1977], предполагают многочисленные смещения оси хребта по системе поперечных разломов. Однако более детальные батиметрические построения (рис. 6) не подтвердили значительных сдвиговых перемещений в пределах гребневой зоны хребта и его рифтовой долины. Сравнение батиметрических карт и карты аномального магнитного поля [Olesen et al., 1997] убедительно показывает несогласное положение современной рифтовой долины и простираний магнитных аномалий. В этой связи можно предположить, что современная рифтовая зона хребта Книповича возникла в результате перескока оси спрединга в восточном направлении, произошедшем в позднем миоцене. Новая ось растяжения при этом испытывала стремление максимально "спрямить'' свое простирание.
Рис. 13 |
Заключение
Детальное изучение батиметрии, сейсмоакустических и многоканальных сейсмических профилей, а также данных о современной сейсмичности хребта Книповича обнаруживает его дискордантное положение по отношению к окружающим структурам, что позволяет связать его формирование с новейшими, наложенными тектоническими процессами. Являясь в настоящее время активным центром спрединга и характеризуясь хорошо выраженной рифтовой долиной, множеством действующих подводных вулканов, участками гидротермальной активности и современной сейсмичностью, хребет Книповича не обнаруживает четко выраженного непрерывного разрастания океанического ложа. Процессы растяжения характеризуются цикличностью: импульсы резкого усиления тектонической и магматической активности чередуются с продолжительными периодами покоя. В различных сегментах рифтовой зоны хребта импульсы растяжения с образованием нормальных или листрических сбросов и внедрения базальтовых экструзий проявляются неодновременно.
Локализация океанического рифта хребта Книповича в восточной части котловины Норвежско-Гренландского бассейна, в непосредственной близости Западно-Шпицбергенской окраины, произошла в миоценовое время. Вывод сделан на основе анализа сейсмических разрезов, имеющих стратиграфическую привязку по фаунистически охарактеризованным разрезам скважин глубоководного океанического бурения.
Вышесказанное свидетельствует об особенностях строения хребта Книповича, аномальных для типичных срединно-океанических хребтов. Хребет Книповича представляется скорее как молодой океанический рифт, который образовался в миоценовое время, но структурно не оформленный к настоящему времени как срединно-океанический хребет.
Литература
Аветисов Г. П., Сейсмоактивные зоны Арктики, 185 с., ВНИИОкеангеология, С-Пб., 1996.
Аветисов Г. П., Особенности геодинамики зоны подводного хребта Книповича (Норвежско-Гренландский бассейн), Геолого-геофизические характеристики литосферы Арктического региона, Выпуск 2, c. 46-57, ВНИИОкеангеология, С-Пбс., 1998.
Аветисов Г. П., Верба В. В., Степанова Т. В., Геодинамика подводного хребта Книповича (Норвежско-Гренландский бассейн), Материалы международной конференции "Геодинамика и геоэкология'' РАН РФ, c. 4-5, Архангельск, 1999.
Батурин Д. Г., Западная континентальная окраина архипелага Шпицберген - тектоника и седиментация, В кн.: Геология осадочного чехла Шпицбергена (ред. А. А. Красильщиков, М. Н. Мирзаев), c. 125-135, ПГО "Севморгеология'', 1986.
Батурин Д. Г., Структура и геодинамика области трансформных разломов Моллой в системе срединных хребтов Норвежско-Гренландского океанического бассейна, Океанология, 30, Вып. 3, 436-442, 1990.
Батурин Д. Г., Сейсмостратиграфия осадочных бассейнов Западно-Шпицбергенской континентальной окраины, Отечественная геология, (10), 67-74, 1992.
Батурин Д. Г., Структура осадочного чехла и развитие Шпицбергенской континентальной окраины, В кн.: Осадочный чехол Западно-Арктической метаплатформы (тектоника и сейсмостратиграфия), c. 35-47, Мурманск, 1993.
Батурин Д. Г., Нечхаев С. А., Глубинное строение Шпицбергенского краевого плато северо-восточной части Гренландского моря, Докл. АН СССР, 306, (4), 925-930, 1989.
Карасик А. М., Куташова А. И., Позднякова Р. А., Рождественский С. С., Норвежско-Гренландский бассейн, В кн.: Геофизические характеристики земной коры Атлантического океана, c. 17-49, Недра, Л., 1985.
Клитин К. А., Структура осадочного чехла Шпицбергенской акватории Северной Атлантики, Бюл. МОИП, Отд. геол., 58, Вып. 3, 30-41, 1983.
Клитин К. А., Соотношение Нордкапского платформенного и Западно-Баренцевского периокеанического прогибов, Изв. АН СССР, Сер. геол., (5), 108-114, 1988.
Матишов Г. Г., Дно океанов в ледниковый период, 176 с., Недра, Л., 1984.
Нарышкин Г. Д., Рельеф дна Северного Ледовитого океана, масштаб 1:5 000 000, Проекция стереографическая, ГУНиО МО, ВНИИОкеангеология, РАН, С-Пб, 1998.
Рудич Е. М., Движущиеся материки и эволюция океанического ложа, 272 с., Недра, Москва, 1983.
Савостин Л. А., Батурин Д. Г., Сейсмостратиграфия и кайнозойская история континентальной окраины Гренландского моря в районе южного окончания архипелага Шпицберген, Докл. АН СССР, 291, (6), 1458-1462, 1986.