Коллектив авторов - Строение и история развития литосферы

1. Научные задачи и схема работ

Пристальное внимание к фундаментальным исследованиям шельфа и континентального склона в Арктике обусловлено двумя основными обстоятельствами. Во-первых, это открытие крупных и гигантских месторождений углеводородного сырья на Арктическом шельфе и континентальном склоне Атлантики и Северного Ледовитого океана, во-вторых, общая относительно слабая изученность взаимоотношения океанских и континентальных структур, особенно в высоких широтах, труднодоступных для исследований.

В 2006–2009 гг. Геологическим институтом РАН совместно с Норвежским Нефтяным Директоратом были проведены три экспедиции на НИС «Академик Николай Страхов» на хребте Книповича (север Атлантического океана), на севере Баренцева моря и на континентальном склоне Северного Ледовитого океана (рис. 1). Работы проводились в рамках задач Международного полярного года (МПГ) как совместный проект России и Норвегии «Позднемезозойская-кайнозойская тектоно-магматическая эволюция баренцевоморского шельфа и континентального склона как ключ к палеогеодинамическим реконструкциям в Северном Ледовитом океане». В результате работ с эхолотированием и высокочастотным профилированием было пройдено около 22 000 км, в том числе с сейсмоакустикой – 14 000 км.

В экспедициях использовалась установленная на борту гидроакустическая система фирмы RESON. Она включает в себя программно-аппаратурный комплекс SeaBat, который объединяет: многолучевые эхолоты – SeaBat 8111 (мелководный) и SeaBat 7150 (глубоководный); GPS, сенсоры движения; датчики скорости звука у антенн эхолота и в водной толще (SVP-70 и SVP-30 соответственно); программного пакета сбора и обработки данных PDS2000. Одновременно с работой гидроакустической системы проводилась съемка высокочастотным акустическим профилографом EdgeTech 3300 и комплексом оборудования для проведения непрерывного сейсмического профилирования разработки ГИН РАН. Станционные работы включали измерения теплового потока, изучение верхней части осадочного чехла гравитационными трубками (длиной до 6 м) и драгирование коренных пород.

В настоящей работе представлены первичные результаты исследований на хребтах Книповича и Мона, континентальных склонах Атлантического и Северного Ледовитого океанов в районе архипелага Шпицберген, а также на севере шельфа Баренцева моря между архипелагами Шпицберген и Земля Франца-Иосифа. Подчеркнем, что изучение хребтов Книповича и Мона было логическим продолжением работ ГИН РАН в осевой зоне Срединно-Атлантического хребта, которые проводились с 1986 г.

Проведенные исследования преследовали несколько целей. Во-первых, создать правдоподобную модель подъема архипелагов Шпицбергена и Земли Франца-Иосифа с момента начала продвижения хребта Книповича на север до времени снятия гляциоизостатической нагрузки на шельфе, которая привела к активному сносу обломочного материала с шельфа в океан. В результате этих процессов была создана уникальная ситуация, когда рифтовая зона Атлантики, расположенная в нескольких десятках километров от бровки шельфа оказалась в зоне лавинной седиментации. Исследования деформаций осадочного чехла позволяют предлагать обоснованные выводы о характере и амплитудах современных движений на срединно-океаническом хребте, что, практически, невозможно в других сегментах Мировой рифтовой системы.

Во-вторых, выявить и объяснить происхождение магматических образований на акватории между архипелагами Шпицберген и Земли Франца-Иосифа. Дайковые комплексы северной части Баренцева моря в пределах российского сектора имеют северо-западное простирание, что полностью согласуется с геологическими данными по архипелагу Земля Франца-Иосифа. Применительно к Норвежскому сектору подобных работ вообще не проводилось. В настоящее время известны только две станции, в которых подняты базальты апт-альбского возраста. Они сопровождаются амплитудными магнитными аномалиями.

В-третьих, по существующим моделям на ранней стадии развития Арктической системы хребтов континентальная зона сдвига, соединяющая хребты Гаккеля и Мона, превратилась в результате продвижения спредингового центра со стороны хребта Мона в хребет Книповича. В последнем имеются косвенные признаки указывающие на возможность выхода на поверхность дна пород верхней мантии. К ним можно отнести: ультрамедленную скорость спрединга, наличие глубинных срывов в осевой части срединно-океанического хребта, аномальные скорости продольных сейсмических волн в океанической коре, соответствующие серпентинизированным ультрамафитам, сегментацию хребта, обусловленную большим количеством нетрансформных смещений. К последним приурочены значительные аномалии метана.

В-четвертых, в пределы шельфа Баренцева моря «вдаются» троги (Франц-Виктория и др.), которые практически не изучены. На основании морфологических признаков предполагается (например Милановский, 1996), что они имеют рифтовую природу. Детальные геолого-геофизические исследования в них не проводились.

Область сочленения прогиба Стурфьорд с Норвежско-Гренландским бассейном (Ljones et. al., 2004) располагается в пределах разломной зоны Хорнсунд, являющейся одной из ключевых при рассмотрении этапов развития региона и активизации северо-западной окраины Баренцева моря. Она также расположена на «линии» нахождения четвертичных вулканов Шпицбергена. Желоб Орли, расположенный параллельно этой разломной зоне к востоку от Свальбарда, также содержит признаки четвертичных вулканических образований. В совокупности с полученными батиметрическими данными это позволяет предположить наличие там четвертичных вулканов.

Обзор объектов, подлежащих изучению для решения указанных выше задач, позволил наметить контуры районов полигонных съемок и полевых работ, которые и были реализованы в ходе экспедиционных работ 2006–2009 гг. (рис. 1). Это окраина Земли Франца-Иосифа, желоб Орли и прилегающий континентальный склон, желоб Стурфьорд и прилегающий континентальный склон, хребет Книповича и его сочленение с хребтом Мона, южный фланг хребта Мона. Далее будут описаны результаты акустических методов – многолучевой батиметрии, сейсмоакустики и высокочастотного профилирования на указанных объектах.

Рис. 1. Схема работ 24–26 рейсов НИС «Академик Николай Страхов» (Геологический институт РАН, Норвежский Нефтяной Директорат, 2006–2009). Рельеф показан по данным (IBCAO, 2005). Штриховая линия – расположение границы Норвегии, по представлениям последней.

2. Краткий обзор геологии северо-запада Баренцева моря

Баренцево море расположено в западной части Евроазиатского шельфа Арктики (рис. 2). Оно отделено от глубоководных впадин Северного Ледовитого и Атлантического океанов поднятиями архипелагов Шпицберген и Земля Франца-Иосифа.

Рис. 2. Схема расположения основных географических объектов и элементов структуры северо-запада Баренцева моря и прилегающих частей Атлантического и Северного Ледовитого океанов. Рельеф показан по данным (IBCAO, 2005). (Условные обозначения см. Рис. 1)

В Баренцевом море преобладают глубины от 100 до 350 м. Вблизи границы с Норвежским морем они достигают 600 м. Рельеф характеризуется многими пологими подводными возвышенностями и понижениями (см. рис. 2). Строение рельефа осложняется рядом желобов ортогональных в плане к кромке шельфа как на севере, так и на западе моря. В первом случае это желоба Франц-Виктория, Орли (глубины превышают 530 м), а также морфоструктуры, расположенные на продолжении пролива Хинлопен, Вуд– и Вейде-фьордов. На западе – это желоба Медвежий и Зюйдкапп. Северо-запад Баренцева моря (Дибнер, 1957, Карякин и др., 2009, Объяснительная, 1996, Сущевская и др., 2004, Столбов и др., 2006, Хаин, 2001, Шипилов, Тарасов, 1998, Smith et al., 1976, The Geology…, 1997, Geology…, 1998) имеет континентальную кору гренвильского возраста (т. н. Свальдбардская плита), которая в пермское и мезозойское время претерпела несколько этапов деструкции или магматических прявлений.

В северо-западной части Баренцева моря расположен архипелаг Шпицберген. Он включает в себя четыре главных острова и около 150 мелких с общей площадью более 62 тыс. км2. Максимальная высота рельефа – 1717 м. Около 60 % территории архипелага покрыто ледниками.

Основные складчатые и разрывные структуры Шпицбергена имеют меридиональные простирания. Крупными разломами (левые сдвиги с амплитудами до тысячи (?) километров), которые заложились в конце силура – начале девона, архипелаг разделен на три главных зоны – Западную, Центральную и Восточную. Последняя имеет гренвильский фундамент и слабо дислоцированный верхнепротерозойский и палеозойско-мезозойский чехлы (суммарная мощность оценивается в первые километры). В конце юры – начале мела отмечены слабые несогласия и внедрение силлов и даек долеритов. Время образования складчатых структур Западного Шпицбергена – от начала палеоцена до конца эоцена.