Текст книги "Строение и история развития литосферы"

3. Район архипелага Земля Франца Иосифа

В ходе работ НИС «Академик Николай Страхов» была проведена батиметрическая съемка шельфа архипелага Земля Франца Иосифа в масштабе 1:500 000 (рис. 3). Здесь шельф Баренцева моря представляет собой систему пологих поднятий и депрессии с глубинами 300–400 м. На долготе 43°в.д. и широте 80°30’с.ш. в южной части желоба Франц-Виктория был отснят детальный полигон (рис. 4). Установлено, что на глубинах порядка 300 м широко развиты борозды ледового выпахивания. При протяженности в километры их ширина достигает 30–40 м, а врез – до 6–8 м. Борозды формируют два типа рисунка: хаотический и групповой. Последний представлен крупными рвами с длинными прямолинейными сегментами, повторяющими рисунок соседних борозд. Последовательность наложений борозд друг на друга показывает разновозрастную историю движения килевых частей айсбергов по дну моря, и представляет собой предмет изучения гидрологической обстановки в голоцене.

Рис. 3. Схема работ НИС «Академик Николай Страхов» в районе архипелага Земля Франца Иосифа. Условные обозначения см. рис. 1.

Рис. 4. Оттененный рельеф в верховьях желоба Франц-Виктория, показывающий ледниковые борозды вспахивания. Изобаты проведены с шагом 5 метров.

4. Желоба Эрик-Эриксен, Орли и континентальный склон Северного Ледовитого океана

Желоб Орли представляет собой, по данным (IBCAO, 2005), дугообразную морфоструктуру, которая соединяется на юге с желобом Эрик-Эриксен (см. рис. 2), а на севере «открывается» в сторону континентального склона.

Полигонная съемка (рис. 5.) показала, что желоб имеет более сложный рельеф, чем было показано ранее (IBCAO, 2005). На самом юге полигона он имеет асимметричное строение с более крутым западным бортом, глубины на поверхности которого составляют 60–80 м. Вдоль него расположена наиболее погруженная часть дна с глубинами 420–480 м. Ширина желоба изменяется от 2 до 4–5 км. В районе 80°25’ с.ш. происходит его резкое (до 400–500 м) сужение и вдоль западного борта проходит канал, протяженность которого достигает 6 км. На севере полигона он соединяется с резким расширением морфоструктуры (до 10 км). В отличие от южных участков максимальные глубины дна располагаются около восточного борта. Участки желоба разделены холмами или их группами, которые вытянуты вдоль простирания желоба. Глубины на их вершинах располагаются в диапазоне 180–250 м. Для холмов характерны более крутые южные склоны, которые, как правило, шире северных. Все особенности строения дна полигона свидетельствуют о существовании сильных придонных течений, которые направлены в северном направлении и обеспечивают возникновение эрозионных форм рельефа.

Рис. 5. Оттененный рельеф средней части желоба Орли

Интересной особенностью рельефа желоба Орли является наличие кольцевой структуры на северо-востоке отснятого полигона с координатами центра 80°28’ с.ш. и 29°52’ в.д. Диаметр структуры составляет около 1700 м высота бортов до 90 метров. Анализ магнитных данных (Olesen et al, 1997) показывает, что структура расположена в пределах интенсивной линейной субмеридиональной аномалии отрицательного знака. Это может свидетельствовать о том, что выявленная структура является результатом действия четвертичного вулканизма. Известно, что сходные образования, в пределах архипелага Шпицберген (The Geology…, 1997), где они также отражены магнитной аномалией положительного знака. Учитывая тот факт (Хуторской и др., 2009), что тепловой поток в данном желобе превышает фоновый в 10 раз (до 500 мВ/м²), можно говорить о рифтогенной природе данной структуры.

В области перехода от шельфа к котловине Нансена в устье желоба Орли, севернее 81°30’с.ш. была сделана серия профилей, расположенных вкрест и параллельно простирания бровки шельфа (рис. 6). Здесь, на расстоянии порядка 35 км, происходит резкое нарастание глубин от 200 до 2500 и более м. На континентальном склоне, особенно в западной части отснятого района, широко развиты крупные оползневые тела, которые встречаются до глубин 2400–2500 м. На востоке преобладают крупные прямолинейные борозды.

На севере Баренцева моря характерно распространение континентальных морен, залегающих на коренных породах, экранирующих проникновение сигналов высокочастотного профилографа. Разрез по данным (Мурдмаа, Иванова, 1999, Murdmaa et al., 2006) состоит из трех горизонтов послеледниковых отложений. Нижний из них (горизонт III) представлен песчано-алевритово-пелитовыми илами с большим количеством рассеянных обломков, в том числе окатанных, различных континентальных пород. Горизонт отличается от вышележащих повышенной плотностью осадков. Возраст этого горизонта оценивается древнее 13 тыс. лет. Его видимая мощность превышает 50 м. Средний (горизонт II) рассматривается как переходный к горизонту I. Его мощности и литологический состав сильно варьируют (Мурдмаа, Иванова, 1999). Он представлен переслаиванием осадков пелитовой – песчаной размерности. В других случаях это могут быть однородные алеврито-пелитовые илы. Контакт с нижележащим горизонтом III резкий. На записи профилографа по данным (Мурдмаа, Иванова 1999) горизонт II акустически представлен полупрозрачной слоистой толщей, облекающей неровности подстилающего горизонта. Его возраст оценивается как 9.5–13 млн. лет, мощность составляет 20–60 м. Верхний (горизонт I) также сложен алеврито-пелитовым илами голоценового возраста. На профилях выражен в виде акустически прозрачного слоя. Его мощность – 1–5 м.

Рис. 6. Оттененный рельеф континентального склона в устье желоба Орли

По данным исследования НИС «Академик Николай Страхов» в юго-западной части желоба Эрик-Эриксен наблюдается маломощный акустически прозрачный горизонт мощностью около 2 м, который представляет собой голоценовые илы (горизонт I). Ниже идет хаотически построенная толща мощностью более 5 м, нижняя граница которой не видна. Вероятно, что эта толща представляет собой моренные отложения, либо постгляциальные отложения толщи III. Далее к западу, по мере уменьшения глубин в сторону Земли Короля Карла, начиная с 34°45’в.д., толща I присутствует фрагментарно и непосредственно на поверхность дна выведены отложения толщ III и IV (моренные). Начиная с глубин 250 м, запись становится акустически непрозрачной. По всей видимости, склоны поднятия островов Земли Короля Карла сложены плотными моренными отложениями, либо, что менее вероятно, здесь, на поверхности выходят коренные породы. Толща I местами достигает мощности 5 м. Она прорезана многочисленными мелкими каньонами на северном склоне поднятия Земли Короля Карла. Здесь же установлены следы выпахивания айсбергами в виде борозд глубиной до 3–5 м.

Дно желоба Эрик-Эриксен в районе 79°42’–79°38.7’с.ш. сложено толщами I и II. Причем мощность верхней толщи выдержанная – 2–3 м, а нижняя сильно варьирует от 12 м в раздувах до полного выклинивания (рис. 7). Возможно, что она представляет собой образование конусов выноса тонкого материала в наиболее глубокую часть желоба Эрик-Эриксен. Отдельные сбросы с амплитудой около 5 м наблюдаются в пределах северного борта желоба в его западной части. Поверхности сбросов «запечатаны» горизонтом I. В западной части линзовидные раздувы толщи II достигают 7 м. Наблюдаются молодые разрывные нарушения. В пределах западной части трога (79°10’с.ш. 16°17’ в.д.) имеется сброс субмеридионального простирания с опущенными западным крылом. Амплитуда перемещения до 9 м. При этом толща II смещена по сбросу. Последний был сформирован до накопления толщи I (рис. 8).

Рис. 7. Строение верхней части осадочного разреза желоба Эрик-Эриксен

Рис. 8. Сброс с опущенным западным крылом (желоб Эрик-Эриксен)

Склоны меридионального желоба Эрик-Эриксен сложены акустически жесткими породами (предположительного мореной). На широте 79°55’с.ш. акустически прозрачная, маломощная толща I эпизодически появляется с глубины 310 м, а с глубины 330 м она образуют выдержанный горизонт мощностью 3–5 м. Дно желоба ограничено с обоих бортов сбросовыми уступами с амплитудой перемещения около 20–30 м. Поверхности сбросов запечатаны отложениями горизонта I. Нет признаков голоценовой тектонической активности за исключением восточного борта, где возможно в результате молодых тектонических движений был подновлен доголоценовый сброс (рис. 9). По широте 80°07’ с.ш. почти полное отсутствие голоценовых отложений I даже в наиболее глубоких частях желоба, возможно объясняется высокой скоростью придонных течений, выносящих тонкий материал на континентальный склон Баренцева моря. Маломощные (1–2 м) отложения I развиты только в отдельных локальных впадинах (рис. 10).

Рис. 9. Сброс в восточной части меридионального желоба Эрик-Эриксен

Рис. 10. Характер распространения отложений горизонта I

Сейсмоакустические данные южного борта желоба Эрик-Эриксен показывают, что субмеридиональные структуры желоба Орли имеют южное продолжение. Вдоль его оси расположена интенсивная магнитная аномалия отрицательного знака. На профиле (рис. 11) представлена антиклинальная складка, срезанная эрозионными процессами. На крыльях складки хорошо видны наклонные горизонты, утыкающиеся в дно. Местами видны сбросовые нарушения. В ядре складки видна амплитудная высокочастотная аномалия сейсмической записи. На западном крыле – низкочастотная аномалия, как правило, возникающая при флюидонасыщенности пород. Западнее, на том же профиле, в районе Земли Короля Карла (см. рис. 2) видно, что субмеридиональный желоб Орли, ограничен сбросами. На широте о. Белый (см. рис. 2) он нарушает докембрийское основание, В его пределах мезозойские отложения дислоцируются, вероятно, ядро слагается породами горизонта Ia (нижняя пермь), а крылья – горизонтом В (неоком), который выклинивается.

Рис. 11. Фрагмент профиля S25_P2_13. По оси Х – широта и долгота, вертикальная развертка – 800 мс. На врезке – положение профиля. Ориентировка запад-восток.

Рис. 12. Фрагмент профиля S25_P2_211. По оси Х – широта и долгота, вертикальная развертка – 800 мс. На врезке – положение профиля. Штриховая линия – государственная граница Норвегии (западнее) и России (восточнее). Ориентировка северо-запад – юго-восток.

К северу от средней части желоба Орли, где на поверхность дна выходят докембрийские породы, на акустическом фундаменте на бортах желоба несогласно залегают осадочные толщи. Поверхность несогласия представляет собой субгоризонтальную поверхность, которая смещается сбросовыми нарушениями желоба вместе с осадочным чехлом (рис. 12), который, скорее всего, имеет палеогеновый возраст. В ряде случаев на западном борту прослеживается более одной горизонтальной площадки. Это свидетельствует о том, что в данном блоке могли сохранится и более древние отложения, например меловые. Характерной особенностью отложений в желобе являются прирусловые турбидитные отложения мощностью до 200 метров. На профиле (рис. 13) сбросовые нарушения затрагивают не только акустический фундамент, но и осадочный чехол. Это говорит о том, что деформации региона являются неотектоническими и эрозия не успела осуществить сглаживание склонов до стабильного профиля.

Рис. 13. Фрагмент профиля S25_P2_311-1. По оси Х – широта и долгота, вертикальная развертка – 900 мс. На врезке – положение профиля. Штриховая линия – государственная граница Норвегии (западнее) и России (восточнее). Ориентировка юго-запад – северо-восток.

Рис. 14. Фрагмент профиля S25_P3_01. По оси Х – широта и долгота, вертикальная развертка – 3000 мс. На врезке – положение профиля. Штриховая линия – государственная граница Норвегии (западнее) и России (восточнее). Ориентировка юго-восток – северо-запад.

В 2007 г. НИС «Академик Николай Страхов» провел работы на континентальном склоне Северного Ледовитого океана вплоть до 82°с.ш.

При выходе на систему галсов, перпендикулярную бровке шельфа были обнаружены частотные аномалии записи, что происходит при насыщении пористой матрицы флюидом. Они расположены на глубинах 20–40 м под дном и по латерали ограничены сменой знака градиента рельефа и разломными зонами. На рис. 14 представлен фрагмент профиля S25_P3_01, расположенного вкрест бровки шельфа на траверзе восточного борта желоба Орли. Здесь можно выделить отражающие горизонты, которые имеют пологое падение к северу. Наиболее вероятно, что они имеют палеогеновый возраст. В ряде мест, где склон срезает наиболее интенсивные отражения, видны небольшие (20–25 метров) аномалии рельефа, возникающие при денудации плотных слоев. В нижней части склона расположена массивная оползневая структура. Подобного рода образования установлены (Hjelstuen et al., 2007; Vanneste et al., 2006; Winkelmann et al., 2007) на континентальном склоне Норвегии, в троге Литке, также на продолжении пролива Хинлопен (см. рис. 2).

Не исключено, что эти тела могут являться верхней частью конуса выноса, где отлагаются наиболее крупные фракции обломочного материала, что также приводит к снижению когерентности отражений. Суммарная мощность стратифицированной толщи на данном разрезе – около 2000 м. При этом верхний комплекс между дном и первым сильным рефлектором является акустически прозрачным, что также говорит о его крупнообломочной турбидитной природе. Галс S25_P3_25 (рис. 15) расположен выше по склону с глубиной дна около 1 км. В восточной его части выделяется конус выноса с акустически прозрачным характером отложений, аналогичным верхней части разреза профиля S25_P3_01 (рис. 14). В западной части профиля видно сечение другого «языка» конуса выноса, залегающего выше на акустическом горизонте, имеющем продолжение в своде восточного конуса. Это говорит о том, что восточный конус сейчас «отключен» от источника сноса, русла донных течений отмигрировали на запад и сформировали врез в более древнем конусе, откладывая кластический материал поверх флангов более древнего образования на больших удалениях. При этом не исключено, что русло потока мигрировало еще раз совсем недавно, поскольку оно стало эродировать зону сочленения западного и восточного конусов.

Рис. 15. Фрагмент профиля S25_P3_25. По оси Х – широта и долгота, вертикальная развертка – 2000 мс. На врезке – положение профиля. Штриховая линия – государственная граница Норвегии (западнее) и России (восточнее). Ориентировка запад-восток.

Рис. 16. Фрагмент профиля S25_P3_22-3. По оси Х – широта и долгота, вертикальная развертка – 4000 мс. Ориентировка юго-запад – северо-восток.

Галс S25_P3_22-3 (рис. 16) расположен перпендикулярно бровке шельфа на западном борту желоба Орли. Отличительной особенностью осадков на этом борту является отсутствие акустически прозрачных турбидитных отложений, перекрывающих консолидированные толщи с большим коэффициентом отражения. Вблизи континентального подножия склона расположены оползневые блоки. В пределах склона выявлен субгоризонтальный останец, сложенный высокоамплитудными отражениями, аналогичными палеогеновым в верхней части склона, с эродированной кровлей. Конфигурация данного образования хорошо выражена в карте рельефа. Эти особенности указывают на активное развитие осадконакопления за счет эрозии и сноса палеогеновых пород архипелага Шпицберген и изостатической реакции корового субстрата на увеличение нагрузки. Возможно, что именно изостатические перемещения являются триггером, меняющим русло турбидитных потоков.

5. Желоб Стурфьорд и континентальный склон Атлантического океана

Желоб Стурфьорд (см. рис. 2) имеет ЗЮЗ направление, корытообразный поперечный профиль с более пологим южным склоном в верховьях и более пологим северным склоном в устье, по тальвегу глубины меняются от 150 м в верховьях до 400 м в устье трога. В процессе съемки были установлены множественные несоответствия с данными карты IBCAO. По данным съемки (рис. 17) южный склон имеет перегибы на глубине 250 и 350 м, образуя ступени с небольшим наклоном в сторону дна желоба. На глубине около 300 м зафиксированы многочисленные борозды выпахивания с общим направлением движения вдоль простирания желоба. Они были отнесены к двум генетическим группам. Предполагается, что серия параллельных борозд у подножия южного склона имеет тектоническое происхождение (см. рис. 17), а остальные представляют собой борозды выпахивания килевыми частями айсбергов. Протяженность первых составляет 10 км в ССВ направлении, а их общая ширина составляет около 7 км. Ледниковые борозды отличаются волнистостью линий. Борозды исчезают на глубинах 500–600 м.

Рис. 17. Оттененный 3D рельеф устьевой части желоба Стурфьорд. Координаты – UTM37.

Южнее желоба на профиле S26-001 (рис. 18) четко выражена система гряд, возвышающаяся над дном до 10–15 метров. Подобные образования известны и в северной части Баренцева моря (Мусатов, 1996). Наиболее вероятно, что они имеют субвулканическое происхождение (дайки), о чем свидетельствуют и магнитные аномалии над ними. Выраженность даек в рельефе можно объяснить кайнозойским (до настоящего времени) поднятием земной коры, которая сопровождалась эрозией осадочных тел, в которые внедрялись субвулканические тела. Небольшие линзы осадков на акустически непрозрачном субстрате вокруг неровностей дна связанных с дайками, объясняются гидродинамической структурой разгрузки течений, всегда имеющей место при аномалиях рельефа. Данные формы выявлены в пределах изолированной аномалии магнитного поля, имеющей север-северо-восточную ориентацию. На ее продолжении наблюдались аналогичные образования в желобах Эрик-Эриксен и Орли.

Рис. 18. Фрагмент профиля S26-001. По вертикали – миллисекунды, по горизонтали – долгота и широта в формате ГрадМинСек. ххх. На врезке – положение профиля. Белые квадраты – станции. Ориентировка запад-восток.

В желобе Стурфьорд на глубине около 20 метров установлен рефлектор, не имеющего конформности с дном. Он может отвечать как границе стабильности газогидратов, так и кровле акустического фундамента, соответствующего кайнозойским осадочным породам. Кроме того, подобная граница может иметь термальную природу (Левашкевич, 2005). В целом, при переходе к северной части желоба, характер рефлекторов становится устойчиво трехслойным, аналогичным стратификации района желобов Орли и Эрик-Эриксена.

В северо-восточной части полигона на борту желоба, при пересечении кольцевой структуры, выраженной в рельефе (см. рис. 17), у поверхности дна обнаружен рефлектор с резким увеличением динамики (рис. 19), который поднимается в центре депрессии почти к поверхности дна. Первая версия о его происхождении состоит в том, что здесь происходит разгрузка газогидратов, перешедших в подвижное флюидное состояние. Второе объяснение – он соответствует магматическому телу, которому соответствует магнитная аномалия. Возможен и комбинированный вариант интерпретации, при котором магматизм вызвал эффект дегазации. К северу от центра депрессии в водной толще обнаружены следы дегазации.

Рис. 19. Фрагмент профиля S26-р2-09. По вертикали – миллисекунды, по горизонтали – долгота и широта в формате ГрадМинСек. ххх. На врезке – положение профиля. Белые квадраты – станции измерения теплового потока. Ориентировка юго-запад – северо-восток.

Рис. 20. Фрагмент профиля S26-trav01. По оси Х – широта и долгота, деление вертикальной развертки – 100 мс. На врезке – положение профиля. Белые квадраты – станции измерения теплового потока. Ориентировка запад-восток.

По данным сейсмоакустики на переходе от бровки шельфа в желобе Стурфьорд к склону получена запись общей мощностью проникновения по осадкам – 600 и 800 м соответственно. Геохронологическая привязка горизонтов осуществлена сравнением с разрезами, опубликованными в (Шлыкова и др., 2008), находящимся в 17 км от наших работ. Сравнение профиля на рис. 20 с этими данными показало, что нами выделен горизонт 1, соответствующий U0(QE) – кровле средне-верхнеплиоценового сейсмокомплекса, и граница внутреннего несогласия U1-2 в этом сейсмокомплексе. Между горизонтами выделена аномалия типа «яркое пятно». В подошве эоплейстоцен-голоценового сейсмокомплекса наблюдается рельеф, свойственный формированию прирусловых валов на поверхности горизонта 1. На глубине 35–45 метров под дном наблюдается пологий рефлектор, в целом повторяющий контуры дна и не параллельный горизонту 1. Это, скорее всего, подошва газогидратной зоны (BSR). Сходные наблюдения имеют место по данным профилографа. По данным (Шлыкова и др., 2008) здесь также наблюдается проградация ледниковых дельт. На рис. 20 видно, что клиноформы в верхней части средне-верхнеплиоценового сейсмокомплекса осложнены хаотичным рельефом в районе подошвенного прилегания к внутреннему несогласию. Кроме того, в районе бровки шельфа отмечается наличие аномалии типа «риф» с возникновением осветления и хаотизации рефлекторов.