ФИЗИКА ЗЕМЛИ, 2015, № 4, с. 14-24
УДК 551.242.23.001.57
ГЛУБИННОЕ СТРОЕНИЕ И ИЗОСТАЗИЯ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЧАСТИ МОРЯ СКОША
© 2015 г. Д. Е. Тетерин1, Е. П. Дубинин2, Г. Б. Удинцев1
1ГЕОХИ РАН им. В.И. Вернадского, г. Москва 2Музей землеведения МГУ имени М.В. Ломоносова, г. Москва E-mail: d_e_teterin@mail.ru Поступила в редакцию 26.06.2013 г.
Около 30 млн лет назад в раннем олигоцене началось раскрытие пролива Дрейка и формирование литосферной плиты Скоша. Несмотря на интенсивные исследования последних десятилетий, тектоническое строение плиты и ее эволюция оставляют много вопросов. В настоящее время по морфологическим особенностям подводного рельефа, аномальных геофизических полей в различных редукциях выделяются три крупных блока плиты: западный центральный и восточный. Наибольший интерес представляет собой центральный блок, с точки зрения его происхождения и эволюции. В этой работе изучались особенности глубинного строения и механизма изостатического равновесия для центральной части с использованием методов плотностного моделирования и кросспектрального анализа. Была построена плотностная модель вдоль профиля аномального гравиметрического поля, пересекающего центральную часть моря Скоша с юго-востока на северо-запад в редукции в свободном воздухе. Полученные в результате моделирования оценки плотности коры несколько ниже средней плотности коры океана и колеблются в интервале 2.65—2.75 г/см3. Кроме этого проводились вычисления передаточных функций между батиметрией и аномальным гравитационным полем в редукции в свободном воздухе (гравитационный адмиттанс). Сравнение теоретических и экспериментальных передаточных функций позволило определить механизм изостатической компенсации и оценить глубину компенсирующих границ. Эти оценки вместе с результатами морфологического анализа подводного рельефа и геофизических полей [Тетерин и др., 2015] дают основание предполагать, что центральная часть моря Скоша может иметь отличный от распространенной спрединговой модели сценарий эволюции и представлять собой крупный осколок континентального моста, соединявшего Южную Америку и Антарктиду погрузившийся в результате прогрева и растяжения континентальной литосферы.
DOI: 10.7868/S0002333715030187
ВВЕДЕНИЕ
Море Скоша — окраинное море южного сектора Атлантического океана, расположенное между Южной Америкой и Антарктидой. На севере граница моря с Атлантическим океаном условно проходит вдоль острова Южная Георгия и Фолклендского плато, на юге акваторию отделяет от моря Уэдделла архипелаг Южно Оркнейских островов, на востоке от Атлантического океана — дуга Южно Сандвичевых островов и на Западе соединяется проливом Дрейка с Тихим океаном.
В тектоническом отношении акватория почти полностью соответствует литосферной плите Скоша, которая граничит с Южно-Американской плитой на севере вдоль трансформного разлома — хребет Северный Скоша, на востоке отделена от Сандвичевой микроплиты спрединговым центром — хребет Восточный Скоша, с Антарктической плитой на юге граничит вдоль трансформного разлома — хребет Южный Скоша и по трансформному разлому Шеклтона на западе с плитой Феникс и Антарктической (рис. 1).
В последнее время неуклонно растет число научных работ, посвященных этому региону. Внимание исследователей привлекает во многом уникальное тектоническое строение и эволюция моря. Причем интерес представляют как тектоническое строение самой плиты Скоша [Булычев и др., 2002; Удинцев и др., 2010; Barker et al., 1991; 2001; Eagles et al., 2006; 2010, Paleo, Weins, 1989; Maldonado et al., 2003], так и ее границы, представляющие собой трансформные разломы. Эти трансформные зоны в процессе эволюции растягивались и увеличивалась в длине с образованием линейных впадин и коротких поперечных спрединговых центров типа пул-апарт [Дубинин 1987; Galindo-Zaldivar et al., 2002; Livermore et al., 1997; Susinis, Donatis, 2009; Maldonado et al., 2000]. Похожее строение имеют только две области в океане — это Малая Антильская дуга и дуга моря Банда.
У большинства исследователей [Barker et al., 1991; 2001; Eagles et al., 2006; 2010; Paleo, Weins, 1989; Maldonado et al., 2003] природа литосферы восточной и западной частей плиты Скоша не вы-
45° S
50°
55°
60°
70° W
65 °
60°
55°
50°
45°
40°
35°
30° I м
25°
20°
-8000 -6000 -4000 -2000
2000 4000
0
Рис. 1. Батиметрическая карта моря Скоша (ОББСО 2010): ЗСКО — хребет Западный Скоша, ВСКО — хребет Восточный Скоша, ЮСА — Южные Сандвичевы острова, ЮШО — Южные Шетландские острова. Штриховкой показан район исследований.
зывает сомнений. Происхождение и эволюция литосферы западной части связаны с активностью палеоспредингового центра хребта Западный Скоша. Восточная часть плиты формируется на активном задуговом спрединговом хребте Восточный Скоша в тылу Южно-Сандвичевой зоны субдукции. Что же касается центральной части, то единого мнения пока нет. По предположению, высказанному, например, [Eagles, 2010], центральная часть возникла также как и западная и восточная в результате океанического спрединга. В статье [Удинцев, 2010] считается, что литосфера всего моря Скоша есть результат переработки континентальной литосферы (т.е. океанизации).
ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ГЕОЛОГО-ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКИ
В основе исследований комплексная интерпретация разнородной геолого-геофизической информации, полученной из различных источников: литературных, сети Internet, результатов на-
бортных наблюдений. Для проведения интерпретации были привлечены данные из цифровых атласов: морского рельефа (GEBCO 2010), аномального гравитационного поля [Sandwell, Smith, 1997]. Были также использованы данные непрерывного сейсмического профилирования полученные в 19 экспедиции НИС "Академик Борис Петров" [Удинцев, Шенке, 2004].
Из цифровых атласов была проведена выборка данных, включающих район моря Скоша, и с использованием геоинформационной системы GMT построены соответственно карты: батиметрическая, аномального гравитационного поля в редукции в свободном воздухе и в редукции Буге (плотность промежуточного слоя 2.67 г/см3).
Построение плотностной модели проводилось для одного из гравиметрических профилей, полученных в результате выборки из цифрового атласа аномального гравитационного поля (положение профиля показано на рис. 3). Обратная задача решалась в интерактивном режиме методом неформализованного подбора с помощью программы
-55°
котловина Шота
...х ... Ь :КV ;г ^J
Северное плато Брюс
I- --^f
котловина
Дюве А/т» Is ¡fcftS 7
Северное плато Дискавери , с?5 ■ Ц/MÄa Г- S -fi-
-f OJÉSI
-60°
бассейн Дискавери
плато
- -ñ
-45° -40° -35° -30°
-1 м
-8000 -6000 -4000 -2000 0 2000 4000
Рис. 2. Батиметрическая карта центральной части моря Скоша (GEBCO 2010).
TG2 [Булычев, Зайцев, 2001], при этом в качестве априорной информации для построения модели первого приближения использовались данные НСП, многоканального сейсмопрофилирования [Galindo-Zaldivar et al., 2002], а также информация о физических свойствах пород фундамента и осадочной толщи [Гайнанов, Пантелеев, 1991; Carlson, Raskin, 1984; Sykes, 1996] и результаты ранее проводившихся исследований глубинного строения [Булычев и др., 2002] .
Методы кросс-спектрального анализа использовались для вычисления передаточной функции (адмиттанса) [McKenzie, Bowin, 1976; Watts, 2001; Manea et al., 2005] гравитационного поля и релье-
фа морского дна в центральной части моря Скоша, с помощью которой затем определялся тип изостатической модели и оценка эффективной мощности упругой литосферы.
В основе методики — поиск передаточной функции между батиметрией и гравитационным полем [McKenzie, Bowin, 1976; Watts, 2001]. Эта функция является фильтром z(x), свертка которого с батиметрией дает гравитационное поле, при этом присутствуют все составляющие аномального гравитационного поля связанные с глубинным распределением аномальных масс, т.е. фильтр несет в себе информацию об особенностях глубинного строения. Вычисление передаточной функ-
45° W 40 ° 35° 30°
-30^20^=Ш 0 100 " 200 300
Рис. 3. Карта аномального гравитационного поля в редукции в свободном воздухе для центральной части моря Скоша. Пунктирной линией показан профиль, для которого была сделана выборка данных из цифровой базы данных [Sandwell, Smith, 1997] для построения вдоль него плотностной модели.
ции осуществляется в частотной области как отношение дискретного преобразования Фурье данных гравиметрии и батиметрии О (к) и В (к)
Z (к) =
C(k)
Еь(кУ
N
С(к) = N X G(k)B(k)*,
r =1 N
Еь(к) = N X В(к)Б(к)*,
Г =1
(1) (2)
(3)
где С (к) — взаимный энергетический спектр батиметрии и гравиметрии, Еь(к) энергетический
спектр батиметрии, к = 2п/Х волновое число, N—
количество профилей, X — длина волны. Вычисленная экспериментальная передаточная функция сравнивается с теоретической, полученной с использованием аналитических выражений, в которых могут быть реализованы различные модели изостатической компенсации. Соответственно путем изменения основных параметров аналитической модели (глубина компенсации, мощности и плотности слоев и т.д.) подбирается функция наилучшим образом совпадающая с экспериментальной. В этой работе в качестве теоретических моделей компенсации использовались классическая модель Эри и Венинг-Мейниса — модель упругой литосфе-
ры, имеющей ограниченную изгибную жесткость, которая вычислялась по формулам [Watts, 2001; Manea et al., 2005]:
Z(k) = 2nG(pc -pw)e-kd(1 - e^),
(4)
Z(k) = 2кО(рс - р„)е-ы(1 - Фе(к)е-кТс), (5)
где: О — Универсальная гравитационная постоянная, Тс — средняя мощность океанической коры, рс — плотность океанической коры, р т — плотность мантии, рК — плотность воды, d — средняя глубина
/ „.4 Л-1
морского дна, фе(к) =
Dk4
длины волны, D =
,(Р m
ETe 3
■ +1
— параметр
-р c )g
— эффективная изгиб-
12(1 -v2)
ная жесткость, E — модуль Юнга (1011 МН/m2), Te — эффективная мощность упругой литосферы, v — коэффициент Пуассона (0.25). Для оценки качества передаточной функции использовалась функция
когерентности у 2(к), которая фактически является аналогом коэффициента корреляции для к
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.