Текст книги "Строение и история развития литосферы"

Плиоцен-плейстоценовое оледенение шельфа маркируется контрастным отражающим горизонтом в основании проградационной толщи (конуса выноса) устья канала Прюдс, которая резко утоняется в сторону океан (рис. 9, 10). Слой осадочных отложений этого возраста, вероятно, присутствует в самой верхней части осадочного чехла района исследований (рис. 10).

Мощность синледниковой толщи значительно изменяется в пределах района исследований. В подножии континентального склона моря Дейвиса и в троге Принцессы Елизаветы она составляет в среднем 1,0–1,3 км, но в море Содружества (между 66⁰ и 72⁰ в.д.) увеличивается до 2,2–2,8 км, что связано с активным выносом терригенных осадков выводным ледником (палеоледником) Ламберта (уместно сказать, что это самые большие значения мощности постэоценовых синледниковых осадков на континентальной окраине Восточной Антарктиды). Суммарная мощность осадочного чехла района исследований по проекту МПГ составляет от 5,0 до 9,0 км в подножии континентального склона моря Содружества; 2,5–4,5 км в троге Принцессы Елизаветы и 0,5–2,5 км на поднятиях фундамента шельфа, в глубоководной котловине северной части моря Содружества и на подводном плато Кергелен.

Заключение

По результатам интерпретации геофизических данных составлена схема тектонического строения района исследований, на которой показаны вещественные комплексы фундамента в пределах основных тектонических (коровых) провинций и некоторые их структурные элементы. К главным тектоническим провинциям, установленным в районе работ, относятся: докембрийский кристаллический щит Восточной Антарктиды, позднеюрско – раннемеловая система внутриконтинентального и окраинного рифтовых грабенов, раннемеловая океаническая котловина и раннемеловая вулканическая провинция плато Кергелен.

Раскол литосферы в море Содружества произошел около 134 млн. лет назад. Это событие совпадает с (и возможно обусловлено) внедрением мантийного плюма Кергелен под литосферу Восточной Гондваны в районе сочленения юго-западной Австралии и Антарктиды. Избыточный магматизм в палеохребтах выражен в увеличении мощности базальтового слоя океанической коры, окружающей южную часть плато Кергелен. Предполагается, что южная часть плато Кергелен подстилается растянутыми и утоненными блоками континентальной коры, которые принадлежали индийской окраине и через некоторое время после раскола литосферы были оторваны от нее за счет перескока спрединга морского дна около 129 млн. лет назад.

В осадочном чехле глубоководной части континентальной окраины выделено 5 региональных сейсмических горизонтов: CS1, CS2, CS3, CS4 и CS5, возраст которых составляет ~134, ~120; 42–40, ~34 и ~24 млн. лет, соответственно. Горизонт CS4 отделяет относительно однородную по своему строению нижележащую толщу от гетерогенной перекрывающей толщи, которая отличается разнообразием сейсмических фаций с различной геометрией внутренних отражений и характерными особенностями внешней морфологии. Изменения структуры осадочного чехла на границе CS4 связывается с началом крупномасштабного антарктического оледенения.

Успешная реализация экспедиционной части проекта третьего Международного полярного года в районе южной части плато Кергелен позволила получить важные научные результаты, которые существенно расширяют наши знания о ранней истории развития Индийского океана и особенностях осадконакопления в позднем кайнозое. Высокая результативность исследований связана с объединением финансовых, технических и интеллектуальных ресурсов нескольких организаций двух стран для решения фундаментальных научных задач. Опыт объединения усилий, полученный благодаря инициативе проведения 3-го МПГ, показывает, что это наиболее эффективный путь изучения антарктической литосферы.

Литература

Грикуров Г.Э. 1980. Объяснительная записка к тектонической карте Антарктиды масштаба 1:10 000 000. Ленинград. НИИГА.

Гандюхин В.В., Гусева Ю.Б., Кудрявцев Г.А., Иванов С.В., Лейченков Г.Л. 2002. Строение и история геологического развития осадочного бассейна моря Космонавтов (Антарктика, южная часть Индийского океана). Разведка и Охрана Недр. № 9, с. 27–31.

Лейченков Г.Л., Гусева Ю.Б. 2006. Строение и история развития земной коры осадочного бассейна моря Дейвиса, Восточная Антарктика. В сб.: Научные результаты геолого-геофизических исследований в Антарктике. Ред. Лейченков Г.Л., Лайба А.А. Вып. 1. СПб: ВНИИОкеангеология, с. 101–115.

Barron J., Larson B. et al. 1991. Proceedings of the Ocean Drilling Program scientific results. 119 Ocean Drilling Program. College Station. TX, 1003 p.

Coffin M.F., Pringle M.S., Duncan R.A., Gladczenko T.P., Storey M., Muller R.D., Gahagan L.A. 2002. Kerguelen Hotspot magma output since 130 Ma. Journ. Petrology. Vol 43, № 7, pp. 1121–1139.

Cooper A.K., O’Brien P.E. 2004. Leg 188 synthesis: transitions in the glacial history of the Prydz Bay region, East Antarctica, from ODP drilling. In: Cooper A.K., O’Brien P.E., Richter C. (Eds.). Proc. ODP, Sci. Results. № 188, pp. 1–42.

Сooper A.K., Brancolini G., Escutia C., Kristoffersen Y., Larter R., Leitchenkov G., O’Brien P., Jokat W. 2009. Cenozoic climate history from seismic-reflection and drilling studies on the Antarctic continental margin. In: Florindo F. and Siegert M. (Eds.). Antarctic Climate Evolution. Developments in Earth & Environmental Science. Vol. 8, Elsevier, pp. 115–228.

Dean S.M., Minshull N.A., Whitmarsh R.B., Louden K.T. 2000. Deep structure of the ocean-continent transition in the southern Iberia Abyssal Plain from seismic refraction profiles: the IAM-9 transect at 40°20 / N. Journ. Geoph. Res. Vol. 105, pp. 5859–5855.

Faugeres J.-C., Stow D.A.V., Imbert P., Viana A.R., Wynn R.B. 1999. Seismic features diagnostic of contourite drifts. Marine Geology. Vol. 162, pp. 1–38.

Gaina C., Muller R.D., Brown B., Ishihara T. and Ivanov S. 2007. Breakup and early seafloor spreading between India and Antarctica. Antarctica. Geophys. J. Int. Vol. 170, pp. 151–169.

Gradstein F.M., Agterberg F.P., Ogg J.G., Hardenbol J., van Veen P.,Thierry J., Huang, Z., 1994. A Mesozoic timescale, Journ. Geop. Res.Vol. 99, pp. 24051–24074.

Kuvaas B., Leitchenkov G. 1992. Glaciomarine turbidite and current controlled deposits in Prydz Bay. Antarctica. Marine Geology. Vol. 108, pp. 365–381.

Leitchenkov G.L. 1991. Structure and evolution of the Prydz Bay. In: Abstracts of Sixth International Symposium on Antarctic Earth Sciences. National Inst. Polar Res., Japan, pp. 346–351.

Leitchenkov G., Stagg H., Gandjukhin V., Cooper A.K., Tanahashi M., O’Brien P. 1994. Cenozoic seismic stratigraphy of Prydz Bay (Antractica). In Cooper A.K., Barker P.F., Webb P.N., Brankolini G. (Eds), The Antarctic continental margin: geophysical and geological stratigraphic records of Cenozoic glaciation, Paleoenvironments and sea-level change, Terra Antarctica. Vol. 1, N 2, pp. 395–397.

Leitchenkov G.L., Gandyukhin V.V., Guseva Y.B. 2007. Crustal structure and evolution of the Mawson Sea, western Wilkes Land margin, East Antarctica. In: Cooper A. K., Raymond C. R. et al. Antarctica: A Keystone in a Changing World – Proceedings of the 10th ISAES, USGS Open-File Report 2007–1047, Short Research Paper 028. 2007. doi:10.3133/of2007-1047.srp 028.

Leitchenkov G., Guseva J., Gandyukhin V., Grikurov G., Kristoffersen Y., Sand M., Golynsky A., Aleshkova N. 2008. Crustal structure and tectonic provinces of the Riiser-Larsen Sea area (East Antarctica): results of geophysical studies. Mar. Geoph. Res. Vol. 29, pp. 135–158.

Muller R. D., Roest W. R., Royer J-Y., Gahagan L. M., Sclater J. G. 1997 Digital isochrons of the World’s ocean floor. Journ. Geoph, Res. Vol. 102 (B2), pp. 3211–3214.

Muller R.D., Gaina C., Roest W.R., Lundbek D. 2001. A recipe for microcontinent formation. Geology. Vol. 29. № 3, pp. 203–206.

Montigny R., Karpoff A.-M., Hofmann C. 1993. Resultats d’un dragage par 55°18’S-83°04’E dans le Bassin de Labuan (campagne MD 67, ocean Indien meridional): implications geodynamiques, Geosciences Marines, Soc., geol. France, 83.

Operto S., Charvis P. 1996. Deep structure of the southern Kerguelen Plateau (southern Indian Ocean) from ocean bottom seismometer wide-angle seismic data, Journ. Geoph. Res. Vol. 101, pp. 25077–25103.

Powell C.A., Roots S.R., Veevers J.J. 1988. Pre-breakup continental extension in East Gondwanaland and early opening of the eastern Indian Ocean. Tectonophysics. № 155, pp. 261–283.

Ramana M.V., Ramprasad T., Desa M. 2001. Seafloor spreading magnetic anomalies in the Enderby Basin, East Antarctica. Earth and Plan. Sci. Lett. Vol. 191, pp. 241–255.

Rotstein Y., Schlich R., Munschy M., Coffin M. 1992. Structure and tectonic history of the Southern Kerguelen Plateau (Indian Ocean) deduced from seismic reflection data. Tectonics. Vol. 11, № 6, pp. 1332–1347.

Royer J.-Y., Coffin M.F. 1992. Jurassic to Eocene plate tectonic reconstructions in the Kerguelen Plateau region. In: Wise J.S.W., Julson A.P., Schlich R., Thomas E. (Eds.). Proceedings of the Ocean Drilling Program, scientific results, 120, Texas A&M University, College Station, TX, pp. 917–930.

Sandwell D., Smith W.H.F. 2005. Retracking ERS-1 altimeter waveforms for optimal gravity field recovery. Geoph. J. Int. Vol. 163, pp. 79–89.

Sibuet J-C., Srivastava S., Manatschal G. 2007. Exhumed mantle-forming transitional crust in the Newfoundland-Iberia rift and associated magnetic anomalies. Journ. Geoph. Res. Vol. 112, B06105, DOI:10.1029/2005JB003856.

Song T., Cawood P.A., Middleton M. 2001. Transfer zones normal and oblique to rift trend: example from the Perth Basin, Western Australia. In: Wilson R.C.L., Whitmarsh R.B., Taylor B., Froitzheim N. (Eds.). Non-Volcanic rifting of continental margins: a composition of evidence from land and sea. Geological Society. London. Special Publication. № 187, pp. 475–488.

Stagg H.M.J. 1985. The structure and origin of Prydz Bay and Mac.Robertson shelf. East Antarctica. Tectonophysics. Vol. 114, pp. 315–340.

Stagg H.M.J., Colwell J.B., Direen N.G., O’Brien P.E., Bernardel G., Borissova I., Brown B.J., Ishirara T. 2005. Geology of the continental margin of Enderby and Mac Robertson Lands, East Antarctica: insights from a regional data set. Marine Geoph. Res. Vol. 25, pp. 183–219.

Storey M., Kent R.W., Saunders A.D., Salters V.J., Hergt J., Whitechurch H., Sevigny J.H., Thirlwall M.F., Leat P., Ghose N.C. and Gifford M. 1992. Lower Cretaceous volcanic rocks on continental margins and their relationship to the Kerguelen Plateau. In Wise, S.W., Schlich, R., et al., Proc. ODP, Sci. Results, 120: College Station, TX (Ocean Drilling Program), pp. 33–53.

Tikku A.A., Cande S.C. 1999. The oldest magnetic anomalies in the Australian-Antarctic Basin: are they isochrons? Journ. Geoph. Res. Vol. 104, pp. 661–677.

Truswell E.M., Dettmann M.E., O’Brien P.E., 1999. Mesozoic palynofloras from the Mac.Robertson Shelf, East Antarctica: geological and phytogeographic implications. Antarct. Sci. Vol. 11, pp. 239–255

Wilson R.C.L., Whitmarsh R.B., Taylor B., Froitzheim N. (Eds.). 2001. Non Volcanic rifting of continental margins: a composition of evidence from land and sea. Geological Society. London. Special Publication. № 187, 585 p.

Ziegler P.A., Cloetingh S. 2004. Dynamic processes controlling evolution of rifted basins. Earth-Science Reviews. Vol 1, pp. 1–50.

Leitchenkov G.L.[9]9
  Institute for Geology and Mineral Resources of the World Ocean (VNIIOkeangeologia), St. Petersburg, Russia


[Закрыть], Guseva Yu.B.[10]10
  Polar Marine Geosurvey Expedition (PMGE), St. Petersburg, Lomonosov, Russia


[Закрыть], Gandyukhin V.V.[11]11
  Polar Marine Geosurvey Expedition (PMGE), St. Petersburg, Lomonosov, Russia


[Закрыть], Gohl K.[12]12
  Alfred Wegener Institute for Polar and Marine Research (AWI), Bremerhaven, Germany


[Закрыть], Ivanov S.V.[13]13
  Polar Marine Geosurvey Expedition (PMGE), St. Petersburg, Lomonosov, Russia


[Закрыть], Golynsky A.V.[14]14
  Institute for Geology and Mineral Resources of the World Ocean (VNIIOkeangeologia), St. Petersburg, Russia


[Закрыть], Kazankov A.Ju.[15]15
  Polar Marine Geosurvey Expedition (PMGE), St. Petersburg, Lomonosov, Russia


[Закрыть] Crustal tectonics and depositional history in the Southern Indian Ocean (East Antarctica: Cooperation Sea, Davis Sea, Kerguelen Plateau)

Abstract

This paper outlines major results of marine geophysical surveys conducted in the framework of the IPY 20072008 Project in the area of southern Kerguelen Plateau during 2007 and 2009 austral seasons (in 2007, geophysical data were acquired jointly with Alfred Wegener Institute, Germany). Conducted studies enabled us to define crustal structure and characteristics of this region, to map principal tectonic provinces and features, to develop a seismic stratigraphy model, and to define depositional settings and environmental changes during Late Mesozoic – Cenozoic time.

С.В. Попов[16]16
  Полярная морская геологоразведочная экспедиция (ПМГРЭ), г. Санкт-Петербург, г. Ломоносов, Россия


[Закрыть], Г.Л. Лейченков[17]17
  Всероссийский научно-исследовательский институт геологии и минеральных ресурсов Мирового океана имени академика И.С. Грамберга (ВНИИОкеангеология), г. Санкт-Петербург, Россия


[Закрыть], В.Н. Масолов[18]18
  Полярная морская геологоразведочная экспедиция (ПМГРЭ), г. Санкт-Петербург, г. Ломоносов, Россия


[Закрыть], В.М. Котляков[19]19
  Институт географии Российской Академии Наук (ИГ РАН), г. Москва, Россия


[Закрыть], М.Ю. Москалевский[20]20
  Институт географии Российской Академии Наук (ИГ РАН), г. Москва, Россия


[Закрыть]
Мощность ледникового покрова и подлёдный рельеф Восточной Антарктиды (результаты исследований по проекту МПГ)

Аннотация

В статье представлены результаты исследований по проекту МПГ 2007–2008 ABRIS (исследование коренного рельефа и мощности ледникового щита Антарктиды), в рамках которого создана база данных мощности льда Восточной Антарктиды и составлены карты подлёдного рельефа и мощности ледникового покрова. Основным источником информации для построения карт являлись материалы отечественных радиолокационных исследований, выполненных с 1966 по 2008 гг., и зарубежных экспедиций, полученных из международной базы данных переданных организациями исполнителями работ.

Введение

В октябре 1996 г. в г. Кембридже (Великобритания) по инициативе рабочей группы по геофизике Научного комитета по исследованиям в Антарктике (SCAR) состоялось рабочее совещание, посвящённое оценке состояния изученности ледникового покрова и коренного рельефа Антарктиды и созданию нового международного проекта «Топография коренного ложа Антарктики» (BEDMAP). В ходе совещания были определены цели и задачи нового проекта, а также методические подходы для успешной его реализации (BEDMAP, 1996). Работу по сбору материала, созданию объединенной базы данных и составлению карт возглавили специалисты Британской антарктической службы (BAS).

В ходе выполнения проекта BEDMAP была сформирована база данных, содержащая 1 931 437 пунктов измерений мощности ледникового покрова по 127 объектам геофизических работ, выполненных в Антарктиде в период с 1950-х до середины 1990-х годов (BEDMAP, 1999). Основную их часть (99.64 %) составляют материалы радиолокационного профилирования (РЛП). После обработки всех полученных данных были сформированы гриды мощности ледникового покрова и коренного рельефа и на их основе создана и опубликована карта коренного рельефа Антарктики масштаба 1: 10 000 000 (Lythe et al., 2000). Важным достижением проекта BEDMAP является создание единой базы данных по мощности льда (включает в себя дискретные значения по радиолокационным профилям и одиночным сейсмическим зондированиям, выполненным до 1995 г.), формирование на её основе математических моделей (гридов) мощности ледникового покрова и коренного рельефа и составление соответствующих мелкомасштабных карт, которые послужили основой для решения многих научных задач в области геологии, гляциологии, моделирования изменений климата и др. Необходимо, однако, отметить, что результирующие карты отражают лишь самые общие (региональные) черты строения ледниковой толщи и подледной поверхности, так как все полученные материалы были осреднены путём создания равномерного (независимо от масштаба выполненных съёмок) цифрового грида.

В рамках инициативы третьего Международного полярного года (МПГ 2007–2008) специалистами ПМГРЭ, ВНИИОкеангеология и ИГРАН был предложен проект ABRIS (Antarctic Bedrock Relief and Ice Sheet – Коренной рельеф и ледовый щит Антарктиды), основная цель которого состояла в создании собственной базы данных мощности ледникового покрова и подлёдной топографии Антарктиды и составлении обобщающих и региональных карт с детальностью, максимально соответствующей масштабам съёмок. Главным объектом исследований по проекту ABRIS является Восточная Антарктида в секторе между 20°в.д. и 160°в.д. (рис. 1). Для успешной реализации проекта и подготовки качественной картографической продукции сначала выполнялась обработка, взаимная увязка и обобщение разномасштабных отечественных данных, значительная часть которых была получена в аналоговой форме и потребовала оцифровки. Кроме того, для составления карт были использованы материалы зарубежных исследований, открытые для международного сообщества. Проект ABRIS был зарегистрирован в международном офисе МПГ, одобрен национальным комитетом МПГ и внесён в перечень предложений в научную программу участия Российской Федерации в проведении международного полярного года.

Рис. 1 Схема радиолокационных и сейсмических исследований, использованных для составления карт мощности ледникового покрова и подлёдного рельефа Восточной Антарктиды. 1–3: данные отечественных исследований. 1 – пункты сейсмических зондирований МОВ; 2 – площади аэрогеофизических съёмок масштаба 1: 500 000; 3 – аэрорадиолокационные и наземные маршруты; 4–5: данные зарубежных исследований, полученные из база данных проекта BEDMAP. – пункты сейсмических зондирований МОВ; 5 – аэрорадиолокационные маршруты. 6–7 – данные зарубежных исследований, преданные в проект ABRIS организациям исполнителями. 6 – аэрорадиолокационные маршруты; 7 – площади аэрогеофизических съёмок масштаба 1: 700 000; 8 – береговая линия (линия налегания шельфовых ледников) по данным цифровой базы данных по Антарктике (Antarctic Digital database, 1998) и данным ПМГРЭ для озера Восток (Попов и др., 2007б); 9 – горные выходы по данным цифровой базы данных по Антарктике (Antarctic Digital database, 1998); 10 – изогипсы высот дневной поверхности; сечение изолиний 200 м. Географические объекты: 1 – шельфовый ледник Эймери; 2 – Купол Аргус; 3 – Купол Конкордия; 4 – Купол Фуджи; 5 – Земля Королевы Мод; 6 – Земля Эндерби; 7 – горы Принс-Чарльз; 8 – ледораздел B; 9 – шельфовый ледник Росса; 10 – Трансантарктические горы; 11 – Купол Титан; 12 – подледниковое озеро Восток; 13 – Земля Уилкса.

1. Радиолокационные и сейсмические исследования

Исследования мощности ледникового покрова Антарктиды проводятся в трех модификациях: точечные сейсмические зондирования методом отражённых волн (МОВ), наземное радиолокационное профилирование и аэрорадиолокационные съемки. Отечественные исследования МОВ стали проводиться с 1958 г. в научных санно-гусеничных походах (Капица, 1960, рис. 1). В период с 1971 по 1975 гг. были выполнены площадные работы МОВ на Земле Эндерби и в районе шельфового ледника Эймери, а с 1995 по 2008 гг. в пределах подледникового озера Восток (Попов и Поздеев, 2002; Попов и др., 2007, рис. 1). Первая аэрорадиолокационная съемка проведена в 14-ой Советской антарктической экспедиции (САЭ) в 1967 г. с использованием самолета Ил-14 и ледового локатора частотой 213 МГц (Козлов и Федоров, 1968). Регулярные аэрогеофизические исследования, в составе которых были и радиолокационные наблюдения, начались в 1985 г. и продолжаются до настоящего времени. В 1987–91 гг. (33–36 САЭ) в центральной части Восточной Антарктиды были выполнены комплексные аэрогеофизические исследования с борта самолёта Ил-18Д, которые закрыли значительную площадь от побережья Земли Эндерби до гор Гамбурцева (рис. 1). Для производств радиолокационных наблюдений применялись ледовые локаторы МПИб0 и ЛЛ5000 с частотой зондирующих импульсов 60 МГц (Попов и др., 2006). Плановая привязка обеспечивалась доплеровским оборудованием, радиогеодезической системой дальней навигации и спутниковой системой плановой привязки. Точность привязки составляла от 150 м до 100 м. В 1971–74 гг., 1986 и 1988 гг. (17–19, 31, 33 САЭ) аэрорадиолокационные съемки с локатором МПИ-60 выполнялись в восточной части Земли Королевы Мод и на Земле Эндерби. В качестве носителя использовались самолёты Ил-14 (Куринин и Алешкова, 1987). С 1985 г. начались планомерные аэрогеофизические исследования масштаба 1: 500 000 в районе ледников Ламберт-Эймери (Попов и Поздеев, 2001; Попов и др., 2006).

В период 1998–2009 гг. в районе подледникового озера Восток и на трассах следования санно-гусеничных походов между станциями Мирный-Восток и Прогресс-Восток выполнялось наземное радиолокационное профилирование (рис. 1). В работах использовался ледовый локатор РЛС-60-98 с частотой зондирующих импульсов 60 МГц. Плановая привязка осуществлялась с помощью глобальной системы позиционирования (GPS; Попов и др., 2007).

При составлении карт были использованы также материалы зарубежных экспедиций, полученные из базы данных проекта BEDMAP (рис. 1). К ним относятся: (1) данные наземных сейсмических исследований США, выполненные в 1960-х; плановая привязка пунктов наблюдения осуществлялась астрономическим способом (Crary, 1962; Beitzel, 1971); (2) материалы совместных аэрогеофизических исследований США, Великобритании и Дании, выполненных в течение летних полевых сезонов 1971/72, 1974/75 и 1978 гг. на Земле Виктории и в центральной части Восточной Антарктиды; работы выполнялись на базе самолёта C-130 с использованием ледового локатора частотой 60 МГц; точность плановой привязки составила около 3 км (Drewry & Meldrum, 1978); (3) материалы японских наземных радиолокационных исследований, выполненных в районе купола Фуджи 1992–94 гг.; применялся ледовый локатор с частотой зондирующих импульсов 60 МГц; плановая привязка обеспечивалась (BEDMAP, 1999). В 2001 и 2004 гг. экспедициями США (Studinger et al., 2003) и Германии (McLean et al. 2004) были проведены комплексные аэрогеофизические съёмки с использованием радиолокационного профилирования в районе подледникового озера Восток и к югу от гор Принс-Чарльз. Материалы этих исследований переданы в проект ABRIS и использованы при построении карт.