ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2015, том 462, № 5, с. 565-571
= ГЕОЛОГИЯ
УДК 551.2.03:551.248
ГЕОДИНАМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ЭВОЛЮЦИИ АРКТИЧЕСКОГО БАССЕЙНА В МЕЛУ И КАЙНОЗОЕ
© 2015 г. Ю. Б. Казмин, член-корреспондент РАН Л. И. Лобковский, М. В. Кононов
Поступило 10.10.2014 г.
БО1: 10.7868/8086956521512018Х
При анализе геологической эволюции Арктики наиболее трудной является проблема тектонического развития Амеразийского бассейна в меловой период. В настоящее время в научном сообществе идет обсуждение ряда гипотез и моделей, затрагивающих различные аспекты происхождения и эволюции тектонических структур этого бассейна. Широко распространена "ротационная модель" американского геолога А. Гран-ца [1], согласно которой в эпоху поздней юры— раннего мела определяющую роль в геодинамическом развитии литосферы Арктики играл процесс отрыва микроплиты, включающей Чукотку и Арктическую Аляску, от Канадского Арктического архипелага и ее последующего столкновения с Евразийской окраиной. Этот процесс сопровождался формированием Канадской котловины в тылу вращающейся против часовой стрелки Чукотско-Аляскинской микроплиты и закрытием Юж-но-Анюйского палеоокеана с формированием складчато-надвиговых поясов, протянувшихся от Новосибирских о-вов через Чукотку к хребту Брукса на Аляске (рис. 1).
Дальнейшая постколлизионная эволюция литосферы Арктики в апт-альбскую эпоху, по геолого-геофизическим данным, проходила в условиях близширотного растяжения. Об этом, в частности, свидетельствуют геологические данные по Центральной Чукотке [2] и другим участкам суши Арктической зоны, а также существующие сейсмические разрезы осадочной толщи на Арктическом шельфе и в глубоководных частях Северного Ледовитого океана [3]. Однако эти данные вступают в противоречие с известными плитотек-тоническими реконструкциями Арктики для мелового периода [4, 5].
ВНИИОкеангеология им. И.С. Грамберга, Санкт-Петербург
Институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской Академии наук, Москва E-mail: llobkovsky@ocean.ru
Согласно классическому подходу тектоники плит, эволюция Арктики в мезозое и кайнозое определяется взаимодействием двух крупных ли-тосферных плит: Евразийской и Северо-Амери-канской. Расчеты движения этих плит на основе кинематического принципа теоремы Эйлера показали, что при раскрытии Северной Атлантики в меловой период (с полюсом раскрытия в районе о. Элсмир вблизи Гренландии) в Арктике должно было происходить значительное сближение плит на величину порядка 1000 км [4, 5]. В качестве структур сжатия, маркирующих условия конвергенции плит, рассматривали складчатый фронт, протягивающийся от хребта Брукса, о. Врангеля и далее переходящий в подводные поднятия Менделеева и Альфа Амеразийского бассейна. Однако обеспечить сближение плит на величину 1000 км только сжатием коры было невозможно. Отсюда возникло предположение, что меловая конвергенция плит была реализована в основном за счет значительного поглощения океанической коры Канадского бассейна в зоне субдукции, приуроченной к поднятиям Альфа и Менделеева [4]. Дополнительным элементом этой модели было предположение, что расположенная к западу от поднятий Альфа и Менделеева котловина Макарова представляет собой задуговой бассейн, образованный в процессе растяжения литосферы по аналогии с образованием краевых бассейнов западной окраины Тихого океана [4].
Данную модель эволюции Арктики, предложенную в 80-х годах XX в., до сих пор используют в современных плитотектонических реконструкциях [6], несмотря на появление в последние годы фактических данных, противоречащих основным ее выводам. В частности, данные по магматизму поднятия Альфа не подтверждают андезитовый состав магматических пород, свойственный островным дугам субдукционной природы [7]. Отсутствуют и какие-либо следы поглощения океанской коры у подножий хребтов Альфа-Менделеева в структуре осадочной толщи [8].
Таким образом, модель меловой субдукции Канадской котловины, предложенная для объяс-
Рис. 1. Ротационная модель геодинамического развития литосферы Арктики в эпоху поздней юры—раннего мела [1]. 1 — положение идеализированных границ современных литосферных плит; 2 — граница микроплиты "Чукотка-Арктическая Аляска"; 3 — идеализированная траектория движения микроплиты "Чукотка-Арктическая Аляска" в процессе раскрытия Канадской котловины.
нения особенностей тектонического строения Амеразийского бассейна [4, 6, 9], оказалась в явном противоречии с имеющимися геолого-геофизическими данными. Что касается других моделей происхождения структур Амеразийского бассейна ([1, 5, 10—13] и др.), то, не вдаваясь в об-
суждение их отдельных положений и выводов, укажем на присущий им общий недостаток: все они в лучшем случае — чисто кинематические модели без серьезного геодинамического анализа движущих сил, приводящих к описанным в них реконструкциям. Это обстоятельство не дает воз-
90 млн лет
ГХ
Рис. 2. Модель верхнемантийной ячейки под континентом, вызванной процессом субдукции Тихоокеанской литосферы.
1 — водная толща океана; 2 — континентальная литосфера; 3 — океаническая литосфера; 4 — вектор движения континентальных блоков в направлении Тихоокеанской зоны субдукции вследствие возвратной ячейки верхнемантийной конвекции, 5 — направление потоков в верхней мантии и переходной зоне; 6 — спрединг в Евразийской котловине; 7 — проявления магматизма. АМП — поднятие Альфа-Менделеева, ГХ — хребет Гаккеля, ЛП — поднятие Ломоносова, МК — котловина Макарова.
можности сделать обоснованный выбор в пользу какой-то одной наиболее реалистичной модели и создает почву для постоянной генерации новых
кинематических схем, отличающихся друг от друга различной трактовкой геолого-геофизических данных. Возникший методологический кризис,
Рис. 3. Раскрытие Амеразийского бассейна. а — реконструкции Северного Ледовитого океана [6] на 60, 70, 90, 110 млн лет назад; б — реконструкции Северного Ледовитого океана на 60, 70, 90 и 110 млн лет назад. Реконструкции 70, 90 и 110 млн лет назад изменены нами. Исходные реконструкции взяты по [6].
очевидно, может быть разрешен только в рамках более общей геодинамической постановки задачи моделирования эволюции Арктики, учитывающей механизм движения литосферных плит и блоков коры Арктического региона в результате развития мантийных подлитосферных течений.
При выборе модели мантийных течений основное значение имеют данные сейсмической томографии, которые позволяют "увидеть" структуру мантийной конвекции, что совершенно необходимо для правильной постановки задачи моделирования региональных геодинамических процессов. В частности, из сейсмотомографиче-ских разрезов верхней мантии для области Северо-Восточной и Восточной Азии видно, как погружающееся в зону субдукции холодное вещество, достигая переходной зоны между верхней и нижней мантиями, меняет направление своего движения и далее переходит в протяженный горизонтальный слой холодного мантийного вещества, который распространяется достаточно далеко (на расстояния в первые тысячи километров) под Евразийский континент. С гидродинамической точки зрения это указывает на развитие ячейки верхнемантийной конвекции, нижняя горизонтальная ветвь которой течет под континент вдоль переходной зоны между нижней и верхней мантиями, а верхняя ветвь образует возвратный поток вещества под литосферой в сторону Тихоокеанской зоны субдукции [14, 15]. Такая модель конвекции естественным образом объясняет растяжение континентальной литосферы, рифтоге-нез и связанный с ним магматизм (рис. 2). Заметим, что возникающая под литосферой СевероВосточной и Восточной Азии верхнемантийная конвекция носит вынужденный характер, поскольку она обусловлена непрерывным конвейерным погружением Тихоокеанской литосферы в зонах субдукции. Эта конвекция также существенно нестационарная, поскольку в континентальную область ячейки поступает все время новый материал, расширяя эту область за счет продвижения фронта ячейки в глубь материка и вследствие горизонтального расширения ячейки в направлении Тихого океана, приводя к хорошо известному явлению отодвигания (отката) зон субдукции вместе с островными дугами от края материка и образованию в их тылу окраинных бассейнов (рис. 2) [14, 15].
Рассмотрим теперь основные следствия модели верхнемантийной конвекции в Арктическом регионе, сопряженной с субдукцией литосферы палео-Тихого океана, применительно к анализу фактических данных о строении и эволюции структур Амеразийского бассейна в апт-альбскую и более поздние эпохи эволюции Арктики. Первый и основной вывод из данной модели: получа-
ет естественное объяснение общее состояние регионального субширотного растяжения литосферы Арктики в апт-альбскую эпоху, о котором свидетельствуют многочисленные геолого-геофизические данные [3]. Это растяжение возникает в результате возвратного течения верхнемантийной ячейки, направленного в сторону зоны субдукции палео-Тихого океана, которое вследствие вязкого сцепления с подошвой литосферы Арктики смещает литосферу в том же направлении. Второе важное следствие модели заключается в объяснении феномена Арктического плюма. Восходящая ветвь рассматриваемой верхнемантийной ячейки приходится на фронтальную зону ее взаимодействия с литосферой Баренцево-Кар-ской окраины. Поднимающееся вещество ячейки верхней мантии, содержащее гидратированные породы, на небольших глубинах вследствие эффекта декомпрессии будет плавиться, приводя к интенсивным магматическим проявлениям на поверхности литосферы, которые хорошо известны в литературе под общим названием феномена Арктического плюма.
Таким образом, можно утверждать, что провинция HALIP (большая арктическая провинция изверженных пород), характеризующаяся интенсивными магнитными аномалиями изометрич-ной формы и общим хаотическим рисунком, а также щелочным магматизмом континентально-рифтогенного типа, обязана своим происхождением восходящему потоку верхнемантийной ячейки, насыщенному гидратированным веществом океанской литосферы.
Восходящий поток мантийной ячейки ослабляет прочность литосферы, и под действием растягивающих напряжений, вызванных "волокущей" силой сцеплени
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.