ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2015, том 461, № 2, с. 201-206
= ГЕОЛОГИЯ
УДК 551.242
ГЕОДИНАМИКА ФОРМИРОВАНИЯ ПАЛЕОГЕНОВОЙ ОСТРОВНОЙ ДУГИ ПОДВОДНОГО ХРЕБТА БАУЭРСА (БЕРИНГОВО МОРЕ) © 2015 г. В. Д. Чехович, А. Н. Сухов
Представлено академиком РАН Ю.М. Пущаровским 02.07.2013 г. Поступило 05.07.2013 г.
Б01: 10.7868/80869565215080198
Крупные окраинные моря северо-запада Тихого океана характеризуются сложным тектоническим строением, сочетанием разновозрастных абиссальных котловин и поднятий различной геодинамической природы, формирование которых маркирует длительную историю развития активной окраины. Реконструкция тектонической природы поднятий в пределах глубоководных котловин — важный вклад в изучение геодинамики формирования подобных структур, а Берингово море — типичный представитель окраинных морей. Оно отделено от Тихого океана Алеутской островной дугой, включает в себя три океанические котловины — Алеутскую, Командорскую, Бауэрса, разделяющие их асейсмичные подводные хребты Ширшова, Бауэрса и обширный Берингов-ский континентальный шельф, соединяющий Азиатский и Северо-Американский континенты. В современной структуре по сейсмическим данным Берингово море с Алеутской островной дугой, юго-западной Аляской, прибрежной зоной Корякского нагорья и Чукотки входят в состав малой литосферной плиты Берингия [1] (рис. 1, врезка). Подводный хребет Бауэрса частично ограничивает с юга самую крупную Алеутскую океаническую котловину, которая рассматривается обычно как отгороженная островной дугой часть океанической плиты мелового возраста [2]. Геодинамическая природа и возраст образования хребта Бауэрса долгое время были предметом дискуссий, поскольку данные о характере пород его фундамента и их возрасте отсутствовали. Структурные особенности хребта, такие как дугообразное очертание и наличие глубокого прогиба вдоль выпуклой стороны, более всего подходили для интерпретации хребта Бауэрса как пассивного островодужного сооружения. Однако оставалось
Геологический институт Российской Академии наук, Москва E-mail: vadim@ilran.ru
неясным, образовалась ли эта структура in situ или является чужеродным террейном, связанным с захваченным фрагментом Пацифики. Недавно опубликованные результаты исследования вулканитов, поднятых с верхней части склона акустического фундамента хребта Бауэрса, подтвердили их островодужное происхождение и определили их палеогеновый возраст (32—26 млн лет) [3]. Эти данные опровергли предположения о террейно-вой природе хребта Бауэрса и соответственно подтвердили уникальность направления палеогеновой зоны субдукции, погружавшейся под дугу со стороны континента, а не Тихого океана, как это характерно для ремнантных дуг на западной его окраине.
Цель данного исследования состоит в поиске непротиворечивого объяснения причин возникновения геодинамической обстановки, обусловившей инициацию палеогеновой островной дуги хребта Бауэрса во внутренней части Берингова моря с противоположной ориентировкой зоны поглощения по отношению к Тихому океану, и выяснении времени и возможных причин прекращения активности островной дуги.
Алеутская котловина характеризуется сплошным развитием осадочного чехла. Мощность чехла котловины в центральных частях до 4—5 км и увеличивается к ее бортам до 9—11 км. Мощность земной коры в пределах котловины 14—16 км [2]. Тепловой поток (53—62 мВт/м2) в центральной и юго-восточной частях котловины по расчетам должен соответствовать позднемеловой океанической коре [4]. В северо-западной части Алеутской котловины располагается вытянутое в юго-западном—северо-восточном направлении погребенное под осадками поднятие Витус шириной более 200 км [5]. Осадочный чехол на этом поднятии до 2—3 км. Тепловой поток над поднятием показывает, что эта структура была активной в среднем эоцене (44 млн лет) [4]. На основании расчета аномалий .О-функции (нелинейного ко-
162° 168° А' 174° в.д. 180° 174° з.д. 168° 162°
60°
с.ш.
52°
с.ш.
55°
60°
56°
52°
160° 170° 180° 170°
ЮЗ Тихий Алеутская Котловина Бауэрса ^ШетыТ™ СВ
В океан
.цуга Бауэрса ^ Алеутская котловина ..........................^.............. В'
4
5
7
А
10 // 11
12ШШ/,13^^14 ^к 15
16
Рис. 1. Схема основных морфоструктур и некоторых тектонических элементов Берингова моря. 1 — современная зона субдукции; 2 — палеогеновая зона субдукции; 3 — надвиговое сооружение подводного хребта Ширшова; 4 — сдвиги, в том числе по данным анализа аномалий ^-функции [6]; 5 — северная граница малой плиты Берингия; 6 — направление перемещения Тихоокеанской плиты; 7 — направление перемещения Североамериканской плиты; 8 — скважины глубоководного бурения. На профиле: 9 — Тихоокеанская плита; 10 — меловая океаническая кора Алеутской котловины; 11 — предполагаемый палеогеновый слоб; 12 — континентальная кора Беринговского шельфа; 13 — палеогеновая океаническая кора котловины Бауэрса; 14 — Алеутская островная дуга; 15 — палеогеновая островная дуга подводного хребта Бауэрса; 16 — разлом.
1
2
3
9
эффициента связи гравитационного и магнитного полей), проведенного по серии профилей вдоль северо-западного склона поднятия Витус, установлено существование кайнозойской сдви-
говой системы, продолжающейся и на шельфе Берингова моря [6]. В океанической коре Берингова моря эта система возникла после образования Алеутской дуги и, вероятно, служила грани-
ГЕОДИНАМИКА ФОРМИРОВАНИЯ
203
БЕРИНГОВО МОРЕ
Прогиб
Пр0ГИб Амлия-Амукта
Амчитка
Каньон Хек
/
Каньон Мюррей
ТИХИЙ ОКЕАН
ж е - /
Каньон Адак
Алеутская дуга
Рис. 2. Модель поворота блоков коры Алеутской островной дуги и их перемещения вдоль глубоководного желоба [9]. Блоки: АБ — Андрианов, ДБ — Делароф, РБ — Рат, ББ — Булдир, НБ — Ближний, КБ — Командорский.
цей между перемещавшейся с большей скоростью Североамериканской плитой и Евразией, вплоть до образования границ современной малой литосферной плиты Берингия (рис. 1).
Алеутская островная дуга ограничивает с юга Алеутскую котловину и все Берингово море. Принципиальным является вопрос о времени возникновения Алеутского желоба и островной дуги. Переопределения возраста считавшихся древнейшими на Алеутах вулканитов Фингер Бэй на о. Адак (50—55 млн лет, K/Ar) методом 40Ar/39Ar показали изохронный возраст 37.4 ± 0.6 млн лет (28 определений) [7]. Однако первые проявления вулканизма в пределах Алеутской дуги были более ранними — 46.2 млн лет (40Ar/39Ar, каньон Мюррей, о. Медный).
Таким образом, время заложение Алеутской зоны поглощения Тихоокеанской плиты может оцениваться в 47 ± 2—3 млн лет. Считается, что максимальный импульс магматической активности относится к 38—29 млн лет [7]. Структура Алеутской островной дуги не однородная и испытала трансформацию в процессе геологического развития, связанную с косым поглощением Тихоокеанской плиты. Палеомагнитные, спутниковые (GPS), сейсмологические и морфометриче-ские исследования подтвердили теоретические модели, предсказывающие, что при косой суб-дукции могут происходить разделение острово-дужного сооружения на блоки, их поворот и перемещение вдоль глубоководного желоба [8—11] (рис. 2). Фрагментация сооружения островной дуги, сопровождающаяся поворотом и перемещением отдельных блоков, непрерывно изменяет ее структуру. Последняя приобретает независимое движение, будучи отделена разрывами от монолитной области коры задугового бассейна. Этот вывод важен для данного исследования, посколь-
ку вращение и перемещение блоков могут нарушать баланс перемещения нависающей Североамериканской плиты и отступания Алеутского желоба. Именно поэтому принципиальное значение приобретает интервал 38—29 млн лет — время формирования основной структуры Алеутской дуги, когда могло начаться вращение блоков и, возможно, нарушение вышеупомянутого баланса.
Подводный хребет Бауэрса начинается к северу от о. Амчитка в центральной части Алеутской дуги и отделяется от нее правосторонним сдвигом [2]. Хребет имеет выпуклую к северу и северо-востоку дугообразную форму и возвышается над днищами смежных котловин на 2—2.5 км. Осадочный чехол на хребте изменяется от 0.7—0.9 км на западном склоне до минимальных мощностей на отдельных участках восточного. Сейсмические исследования установили существование заполненного осадочными отложениями желоба вдоль поднятия восточного и северного склонов [2]. Мощность этих осадочных образований до 12 км. На западном склоне хребта скв. 188 глубоководного бурения (DSDP, Leg 19) не вскрыла породы фундамента и была остановлена в отложениях верхнего миоцена [2]. Мощность земной коры хребта Бауэрса в его наиболее поднятой части 21— 28 км, а в наиболее погруженной около 15 км [2]. Значения теплового потока 80—85 мВт/м2 позволяют оценить возраст хребта в 30 млн лет [4]. Подводный хребет Бауэрса большинство исследователей интерпретирует как палеоостроводужную структуру. Успешное драгирование пород фундамента подводного хребта Бауэрса выполнено НИС "ЗОННЕ" S0201-1b d [3]. Возраст вулканитов, драгированных на склоне хребта, определен 32—26 млн лет [3]. Петролого-геохимические характеристики пород типичны для островодужных серий, а изотопные особенности сопоставимы с
Рис. 3. Принципиальная модель формирования регионального астеносферного потока в Беринговом море согласно концепции [13]. Профиль А—А1 на рис. 1.
Ю
С
Тихий океан
Алеутская дуга
Алеутская котловина Нижняя кора
— ^
■ч
> ,--ч
\ / V
/ \ !
а
^ — ■
/ V
Азиатский континент
Мантия > 200 км
Основание литосферы ~1300°
особенностями вулканитов Алеутской дуги [3]. В 2009 г. во время 323-го рейса программы IPOD, направленной на изучение плиоцен-плейстоценовых отложений Берингова моря, скв. Ш342 на гребне хребта Бауэрса под отложениями среднего миоцена вскрыла разрез вулканических пород мощностью 65 м [12]. Верхняя часть разреза представлена пузырчатыми андезитовыми лавами, которые подстилаются вулканическими брекчиями, вероятно, сформированными при извержении надводного вулкана. Петролого-геохимические и изотопные характеристики пород типичны для серий островных дуг [12]. Определение возраста этих вулканитов методом 40Лг/39Лг пока не опубликовано
Поск
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.