ФИЗИКА ЗЕМЛИ, 2013, № 6, с. 20-38
УДК 551.242.11
ГЕОДИНАМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ВЕРХНЕМАНТИЙНОЙ КОНВЕКЦИИ И ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЛИТОСФЕРЫ АРКТИКИ В МЕЗОЗОЕ И КАЙНОЗОЕ
© 2013 г. Л. И. Лобковский1, Э. В. Шипилов2, М. В. Кононов1
Институт океанологии им П.П. Ширшова РАН (ИО РАН), г. Москва E-mail: llobkovsky@ocean.ru 2Полярный геофизический институт Кольского научного центра РАН, г. Мурманск
E-mail: shipilov@pgi.ru Поступила в редакцию 12.11.2012 г.
В работе по результатам интерпретации комплекса геолого-геофизической информации и палео-тектонических реконструкций, выполненных с учетом данных глубинной сейсмотомографии, обосновывается новый глубинный геодинамический механизм образования и эволюции Амеразий-ского и Евразийского бассейнов и окружающих их геоструктур Арктического региона. Рассмотрены мезозойско-кайнозойские трансформации литосферы ряда областей Северного Ледовитого океана, роль и место в этих процессах верхнемантийной конвекции и хронологическая последовательность главных структурообразующих событий.
Ключевые слова: Арктический регион, геолого-геофизические данные, геодинамический анализ, трансформации литосферы, поля напряжений, глубинная сейсмотомография, мантийная конвекция, плюм, литосферная плита, рифтогенез, магматизм, спрединг, субдукция, палеотектонические реконструкции.
БО1: 10.7868/80002333713060100
ВВЕДЕНИЕ
В геологической истории развития Северного Ледовитого океана (рис. 1) наиболее изученным этапом является кайнозойский, обусловленный спредингом в хребте Гаккеля и связанный с проникновением в Арктику Срединно-Атлантическо-го хребта. Это привело к образованию глубоководного Евразийского бассейна с четко выраженным набором кайнозойских полосовых магнитных аномалий океанической коры расположенных по обе стороны хребта Гаккеля и отображением последнего в гравитационном поле (рис. 2).
Если спрединговая природа Евразийского бассейна сегодня не вызывает сомнения у большинства исследователей, то происхождение структур Амеразийского бассейна (все еще слабо изученного геофизическими методами), включающего Канадскую котловину, поднятия Менделеева и Альфа, котловины Макарова и Подводников (рис. 1, рис. 2), до сих пор является предметом научных дискуссий. Так, предполагаемый меловой палеоспрединговый центр Канадского бассейна находит отражение в структуре аномалий гравитационного поля (рис. 2), а в структуре магнитного определяется неоднозначно. Однако полученные в последние годы материалы сейсмических работ [В1пке1тап й а1., 2008; Не1т§ й а1., 2010;
Hutchinson et al., 2009] подтверждают наличие структур растяжения (рис. 3а) и следа отмершего спредингового центра (рис. 3б) в основании осадочного чехла соответственно в центральной и южной частях Канадского бассейна.
В отношении генезиса Канадской котловины наиболее широкое распространение получила "ротационная" модель ее раскрытия (последняя версия [Grantz, Hart, 2012]) с многочисленными вариантами модификаций других авторов. Но в сопровождающих эти варианты палеорекон-струкциях остается множество проблем и главные из них касательно Арктического региона связаны с межплитными зияниями или перекрытиями плит, которые до сих пор не удается решить в рамках классической концепции тектоники плит [Зоненшайн и др., 1990; Miller et al., 2006; и др.].
Обращают на себя внимание и специфические особенности строения и эволюции литосферы океана в Арктике. Прежде всего, следует отметить, что конечные спрединговые центры Арктической Атлантики — Книповича, Моллой и Гаккеля — в Евразийском бассейне находятся как бы в "заторе" подавляющих по площади континентальных плит, а для спрединга свойственна нестабильность, ультрамедленная скорость, а нередко и отмирание спрединговых центров в мезозое и,
Рис. 1. Рельефная карта Арктического региона и прилегающих областей с положением обсуждаемых геолого-геофизических разрезов.
Цифры: 1 — Канадская котловина, 2 — хр. Альфа, 3 — хр. Менделеева, 4 — Чукотское плато, 5 — хр. Нортвинд, 6 и 7 — котловины Подводников и Макарова, 8 — хр. Ломоносова, 9 — срединно-океанический хр. Гаккеля, 10 и 11 — котловины Амундсена и Нансена Евразийского бассейна, 12 — Гренландия, 13 — Канадский Арктический архипелаг, 14 — Аляска; 15, 16, 17, 18 и 19 — шельф соответственно Чукотского, Восточно-Сибирского, Лаптевых, Карского и Баренцева морей; 20 и 21 — архипелаги Шпицберген (Свальбард) и Земля Франца-Иосифа.
Белые линии и обозначения около них — положение разрезов с указанием номеров соответствующих рисунков.
особенно, в кайнозое. В этом отношении вся Северная Атлантика за зоной разломов Чарли Гибб-са, представляет собой, образно говоря, "кладбище" отмерших спрединговых центров. Средняя продолжительность функционирования здесь спрединговых центров составляла 25—35 млн лет, после чего они либо отмирали, либо скорость генерирования ими океанической коры падала до минимально возможной для их существования [Шипилов, 2008], что наблюдается и сейчас в хребтах Книповича и Гаккеля. При этом отчетливо выраженных признаков субдукционных процессов здесь не установлено. Поэтому предпола-
галось, что балансировка аккреции океанической коры достигалась за счет субдукции в значительно удаленных зонах расположенных в северном сегменте Тихого океана. Сопровождающий раскрытие Евразийского бассейна магматизм на континентальных окраинах Северного Ледовитого океана проявился крайне скудно.
Что касается Канадского океанической впадины, то ее раскрытие было длительным, сложным и полицикличным. Однако плюмовый магматизм сопровождавший ее развитие практически на всех этапах эволюции проявился на континентальных окраинах весьма заметно и длился по-
ы ы
^ Рис. 2. Карты аномалий геофизических полей Арктического региона:
и> слева — гравитационные аномалии в свободном воздухе (мГл) [РогеЬе^, Кепуоп, 2004]; справа — магнитные аномалии (нТ) [Коуасв е1 а1., 2002]. Буквен-
ные обозначения: АД. — хр. Альфа, СР — Чукотское плато, ОЯ — срединно-океанический хр. Гаккеля, ЬМ — хр. Ломоносова, МЯ — хр. Менделеева, вУ — арх. Свальбард.
Рис. 3. Сейсмические разрезы Канадского бассейна: (а) — фрагмент сейсмического разреза [Hutchinson et al., 2009] (положение на рис. 1) иллюстрирующий строение осадочного комплекса и фундамента (Ф) центральной части Канадского бассейна. Стрелками отмечены структуры растяжения в фундаменте выполненные синрифтовыми отложениями. 136 — возможный возраст (млн лет) отражающего сейсмического горизонта, связанного с несогласием в кровле синрифтовых отложений; (б) — фрагмент сейсмического разреза южной части Канадского бассейна [Dinkelman et al., 2008; Helwig et al., 2009] (с изменениями, положение рис. 1), иллюстрирующий закартированный инверсированный грабен, лежащий на продолжении мелового спредингового центра Канадской впадины и строение зоны сжатия маркируемой складками осадочного чехла сложенными меловыми — миоценовыми отложениями, сформированными над детачментом. Длина профиля 200 км, глубина записи 40 км.
рядка 100 млн лет, что позволяет говорить о его уникальности и резко отличает по времени действия, скажем, от Сибирского суперплюма. Раскрытие Канадской спрединговой впадины сопровождалось коллизионно-конвергентными и суб-дукционными процессами, сформировавшими, в частности, один из главных тектонических швов
региона — Южно-Анюйскую офиолитовую суту-ру, которая маркирует закрытие в позднюрско-раннемеловое время одноименного, или Ангаю-чам по [Moore et al., 1994] палеоокеана. Спрединг в Канадском бассейне окончательно прекратился около 90 млн лет назад. Особо подчеркнем, что последующие рифтогенно-спрединговые осевые
центры в позднем мелу—кайнозое (бассейны Макарова-Подводников и Евразийский) заняли ортогональную позицию по отношению к таковому в Канадском бассейне.
Все изложенное дает основание говорить, что отмеченные особенности геодинамической эволюции литосферы Арктического океана предполагают значительные отличия от глубинного механизма преобразования Тихоокеанской литосферы, где ее движение отражает устойчивый процесс развития общемантийной конвекции. Создается впечатление, что условия ограниченного пространства океанической литосферы и доминирования континентальных плит в полярной области не способствовали достаточному "разгону" и запуску в рассматриваемом регионе в позднемело-вое-кайнозойское время механизма полномасштабного (по эндогенным энергетическим возможностям) спредингового "конвейера".
В представленной работе по результатам интерпретации комплекса геолого-геофизической информации и палеотектонических реконструкций, выполненных с учетом данных глубинной сейсмотомографии, рассмотрены тектоно-геоди-намические трансформации литосферы Арктического региона в мезозое—кайнозое и обосновывается новый глубинный геодинамический механизм образования и эволюции Амеразийского и Евразийского бассейнов.
МЕЗОЗОЙСКАЯ ГЕОДИНАМИКА
Анализ геолого-геофизических данных показывает, что в позднемезозойско-кайнозойское время центральная часть Арктического региона (представленная останцами древнего континента Арктида [Верниковский и др., 2010; Лаверов и др., 2012; Лобковский и др., 2010; Хаин и др., 2009] последовательно прошла через две основные геодинамические фазы развития, характеризующиеся принципиально различными полями напряжений в литосфере [Лаверов и др., 2012; Лобковский и др., 2010; Шипилов, 2004; 2008].
Первая фаза, продолжавшаяся с поздней юры до апта, характеризовалась полем напряжений с существенной компонентой растяжения в направлении от северо-запада к юго-востоку. Это привело к отрыву Чукотско-Аляскинской системы блоков Арктиды от Северо-Американского континента, образованию между ними Канадского океанического бассейна, движению Чукотки на юг, ее коллизии с Евразийской окраиной и закрытию Южно-Анюйского (Ангаючам по [Moore et al., 1994] палеоокеана (рис. 4). Кроме того, в результате столкновения Чукотско-Аляскинской микроплиты с Евразией формировалась субши-ротно эшелонированная система складчато-на-двиговых поясов, протянувшаяся от Новосибир-
ских островов через Чукотку и ее шельф к хребту Брукса на Аляске. Становление этих поясо
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.