ГЕОТЕКТОНИКА, 2009, № 3, с. 14-29
УДК 550.83.015(261-17)
ЭВОЛЮЦИЯ ГЕОДИНАМИЧЕСКОГО РЕЖИМА АККРЕЦИИ КОРЫ У ОСИ ХРЕБТА РЕЙКЪЯНЕС, АТЛАНТИЧЕСКИЙ ОКЕАН
© 2009 г. С. А. Меркурьев1, Ч. ДеМетц2, Н. И. Гуревич3
1Санкт-Петербургский филиал Института Земного магнетизма и распространения радиоволн РАН,
191023, Санкт-Петербург, Мучной пер. 2, а/я 188 2Департамент геологии и геофизики университета Висконсин-Мэдисон,
1215 В Дейтон стрит, Мэдисон 53706 3Санкт-Петербургская Лаборатория Геологического института РАН, 190121, Санкт-Петербург, наб. р. Мойки, 120 Поступила в редакцию 20.03.2008 г.
В этой статье мы описываем результаты анализа аномального магнитного поля хребта Рейкъянес (ХР) и соседних бассейнов, включая новые серии детальных реконструкций для магнитных аномалий с 1 по 6. Здесь также суммированы и проанализированы результаты предшествующих геолого-геофизических исследований. Мы нашли доказательства существования трех стадий эволюции хребта Рейкъянес, которые характеризуются различным режимом коровой аккреции, связанным с различной степенью влияния Исландского горячего пятна (ГП). Определены временной интервал каждой стадии и причины изменения режима аккреции коры.
Во время первой, эоценовой (54-40 млн. лет назад) и третьей, миоцен-голоценовой (24 млн. лет назад -настоящее время у северного хребта Рейкъянес, к северу от 59° с.ш., и 17-11 млн. лет назад - настоящее время у южного хребта Рейкъянес, к югу от 59° с.ш.) стадий ось спрединга хребта Рейкъянес походила по форме на современную: без сегментации, с косой по отношению к направлению раскрытия дна ориентацией (на третьей стадии) и с направлением на горячее пятно. Эти три фактора соответствуют модели, в которой астеносфера течет от ГП под ось хребта. Декомпрессия под осью спрединга способствует астеносферному потоку. Мы проинтерпретировали эти данные как доказательство того, что в течение первой и третьей стадий на коровую аккрецию значительное влияние оказывало взаимодействие оси спрединга с горячим пятном. На второй стадии, с 40 до 24 млн. лет назад (в позднем эоцене - олигоцене) у северного хребта Рейкъянес и с 40 до 17-11 млн. лет назад (в позднем эоцене -раннем миоцене) у южного хребта Рейкъянес ось хребта была разбита многочисленными трансформными разломами или нетрансформными смещениями на сегменты длиной 30-80 км. Сегменты были ориентированы ортогонально направлению раскрытия дна, что типично для медленноспрединговых хребтов. Плитотектонические реконструкции океанического дна, источники магнитных аномалий которого сформировались во вторую стадию, свидетельствуют о повторяющихся реорганизациях геометрии оси хребта, связанных с изменениями в кинематике плит региона, окружающего хребет Рейкъянес. Очевидный контраст в режиме коровой аккреции во вторую стадию, по сравнению с первой и третьей стадиями, мы проинтерпретировали как доказательство уменьшения или прекращения влияния Исландского горячего пятна на хребет Рейкъянес.
Детальный геохронологический анализ магнитных аномалий с 1-ой по 6-ю (возраст от современного до 20 млн. лет) впервые позволил с высокой степенью точности закартировать изохроны возраста океанического дна с интервалом 1 млн. лет. На основании анализа вариаций "косости" спрединга получены новые выводы об изменении за последние 20 млн. лет влияния горячего пятна на аккрецию океанической коры у оси хребта Рейкъянес и у осей прилегающих к нему на севере и юге хребта Кол-бейнсей и Срединно-Атлантического хребта во времени и пространстве.
Отмечена тенденция увеличения скорости спрединга при усилении влияния Исландского горячего пятна на хребет Рейкъянес.
ВВЕДЕНИЕ
Цель данного исследования - проследить изменение геодинамического режима аккреции коры у оси хребта Рейкъянес, связанного со степенью влияния Исландского горячего пятна на ось спрединга, в процессе эволюции хребта и определить причину этого изменения, опираясь на детальные магнитометрические и батиметрические данные, с привлечением результатов предшествующих исследований. В ходе предшествующих исследо-
ваний установлено, как меняется режим аккреции коры у оси медленноспредингового хребта Рейкъянес в результате взаимодействия Исландского горячего пятна с осью спрединга и как при этом изменяются характеристики самого ХР. Этим вопросам посвящен следующий раздел настоящей статьи.
Решение стоящей перед нами задачи связано с исследованием тонкой пространственно-временной структуры аномального магнитного поля.
Обширное плато вулканического происхождения, образующее остров Исландия, является результатом деятельности мантийного плюма, начавшейся здесь около 20 млн. лет назад и приведшей к созданию Исландского горячего пятна. Предполагается, что незадолго до начала раскрытия Северной Атлантики (56 млн. лет назад) горячее пятно располагалось под Гренландией [19].
Горячие пятна и срединно-океанические хребты (СОХ) являются двумя главными проявлениями мантийного апвеллинга и генерации магмы [16]. Обычно считается, что оси спрединга снабжаются расплавом из верхней деплетированной мантии, в то время как ГП - результат подъема плюмов из глубокой и недеплетированной мантии. Однако мантийный поток из горячего пятна может распространяться вдоль близкой к нему ОС. Это приводит к взаимодействию горячего пятна и СОХ. Такое взаимодействие проявляется в термальных аномалиях, геохимии, петрологии, батиметрии, повышении мощности коры, аномальной геометрии ОС [4]. Исландия уникальна тем, что расположена у оси спрединга. Поэтому взаимодействие между осью спрединга и горячим пятном здесь особенно видно [37], и результат этого взаимодействия особенно четко проявлен на хребте Рейкъянес.
Северной границей океанического ХР является Южно-Исландская сейсмическая зона. Она развита в районе сдвиговых напряжений, сконцентрированных между перекрывающимися Западной и Восточной рифтовыми зонами. Предполагается, что ее развитие - следствие продвижения Восточной рифтовой зоны к юго-западу за последние 3 млн. лет [12]. Южным концом ХР является трансформный разлом Байт, пересекающий ось хребта у 56°47' с.ш. Разлом Байт является левосторонним с амплитудой смещения оси спрединга 15 км (у медленноспрединговых СОХ в подобных случаях развиваются нетрансформные смещения) и протягивается до коры возраста 36 млн. лет [5]. К югу от него простирание Сре-динно-Атлантического хребта (САХ) составляет 5° и является ортогональным направлению спрединга. К северу ось спрединга меняет простирание на 31° по часовой стрелке, отделяя ортогональный спрединг на САХ (простирание оси ортогонально направлению спрединга) от косого спрединга на ХР (ось спрединга не ортогональна направлению спрединга). Исследования горячих пятен показали, что существует тенденция стремления оси СОХ приблизиться к горячему пятну [16]. Косой спрединг на хребте Рейкъянес можно объяснить этой тенденцией.
Отличие хребта Рейкъянес от других медленноспрединговых СОХ привлекло особое внимание к изучению его характеристик [9]. ХР интенсивно исследовался в 60-х, 70-х и 90-х годах. Ис-
следования включали региональные и детальные измерения рельефа дна, гравимагнитных аномалий и сейсмические работы методом отраженных волн. Различные варианты сейсмических наблюдений методом преломленных волн выполнены вдоль оси хребта, вдоль некоторых изохрон и под разными углами к простиранию хребта. В 49-ом рейсе глубоководного бурения пробурено три скважины: 409, 408 и 407 на коре возраста 2.4, 23 и 37 млн. лет соответственно. Глубоководное бурение также выполнено у континентальных окраин: у юго-восточной Гренландии (рейсы 152 и 163) и на банке Хаттон (рейс 81). Изучалась геохимия изверженных пород у оси хребта Рейкъянес и в скважинах глубоководного бурения. Результатам исследований хребта Рейкъянес посвящено множество работ, которые в данной короткой статье перечислить невозможно. Сошлемся лишь на некоторые обобщающие статьи, в которых отражены основные характеристики хребта: [5, 7, 18, 20, 26, 27, 32, 35].
ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ХРЕБТА РЕЙКЪЯНЕС И ПРИЛЕГАЮЩИХ КОТЛОВИН ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ПРЕДШЕСТВУЮЩИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Все сейсмические эксперименты показали наличие океанической коры в океаническом бассейне, сформированном у оси хребта Рейкъянес. Мощность коры хребта Рейкъянес постепенно уменьшается с удалением от Исландского горячего пятна от 12.7 км у 63°06' с.ш. до нормальной мощности 7 км у 57°30' с.ш. [24]. Тот же тренд изменения мощности океанической коры обнаружен у континентальных окраин [27].
Влияние Исландского горячего пятна отразилось на развитии континентальных окраин в северной Атлантике [28]. Континентальный раскол здесь сопровождался объемным вулканизмом в обширном районе, создав вулканические окраины. Интервал между началом растяжения континентальной коры и началом спрединга в северной Атлантике был исключительно коротким: 4-6 млн. лет по сравнению с 25 млн. лет у типичных невулканических окраин, а зона перехода континент-океан очень узкая, всего несколько десятков км. Дж. Смолвуд и Р. Уайт полагают, что причиной этого является ослабление растягивающейся континентальной литосферы из-за вмещения огромного объема расплава [28].
Часть оси хребта Рейкъянес длиной 300 км к югу от 58°47' с.ш. (южный ХР) по морфологии и тектонической сегментации подобна медленно-спрединговому САХ. Но размах рельефа долины небольшой (0.5 км) по сравнению с САХ (1-3 км). Современная вулканическая активность сосредоточена во внутренней долине. Перепады рельефа уменьшаются к северу, пока у 58°47'-59° с.ш. до-
лина не заменяется постепенно широким осевым вулканическим поднятием (северный ХР). Хребет Рейкъянес воздымается к северу, что связано в значительной степени с утолщением коры. Уменьшение мантийной аномалии Буге к северу подтверждает этот вывод. Р. Серль с коллегами объясняют это большей степенью плавления, вызванной увеличением мантийной температуры в связи с астеносферным потоком от Исландского горячего пятна. Второй причиной воздымания хребта является изостатическое поднятие над горячей мантией [24]. Землетрясения в северной части хребта имеют максимальную глубину 810 км, оставаясь в кор
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.