ВУЛКАНОЛОГИЯ И СЕЙСМОЛОГИЯ, 2007, № 6, с. 3-18
УДК 551.465
ГЕОТЕРМИЧЕСКИЙ РЕЖИМ И ГЕОДИНАМИКА СЕВЕРНОЙ ЧАСТИ ТИХОГО ОКЕАНА
© 2007 г. Е. В. Вержбицкий1, М. В. Кононов1, В. Д. Котелкин2
1Институт океанологии РАН, Москва, 117997 2Механико-математический факультет Московского государственного университета, Москва 119899
Поступила в редакцию 30.03.2006 г.
Проведен анализ распределения данных теплового потока Северной части Тихого океана, и построена карта геотермической и геомагнитной изученности Берингова моря. Отмечается отсутствие надежных данных о времени образования в Беринговом море структур океанического и континентального генезиса, что затрудняет исследование геодинамических процессов Северной Пацифики. Выполнены по данным теплового потока численные оценки возраста структур дна Берингова моря: Командорской котловины (21 млн. лет); хребта Ширшова (северная часть хребта 95 млн. лет, южная часть 33 млн. лет); Алеутской котловины (70 млн. лет); поднятия Витуса (44 млн. лет); хребта Бау-эрс (30 млн. лет); котловины Бауэрс (40 млн. лет). Полученные оценки возраста структур подтверждаются комплексом геолого-геофизических и кинематических данных. На базе термохимической модели глобальной мантийной конвекции осуществлено численное моделирование термического процесса образования протяженных региональных структур Северной части Тихого океана (Императорский разлом, трог Чинук и др.). Моделирование указывает на плюм-тектонический генезис данных структур, что позволило определить оптимальную модель тектонической эволюции Северной части Тихого океана. Комплексный геолого-геотермический анализ позволяет сделать вывод, что Северная и Южная части хребта Ширшова имеют не только различный геологический возраст, но и различное тектоническое строение. Северная часть хребта характеризуется чешуйчато-надви-говой террейновой природой, в то время как Южная часть хребта имеет энсиматический острово-дужный генезис, аналогичный генезису хребта Бауэрс. Ложе Алеутской котловины является оттор-женцем верхнемеловой плиты Кула, на которой в эоцене в районе поднятия Витуса возникли процессы задугового спрединга. Заключительная фаза активности в Беринговом море началась около 21 млн. лет назад со спрединга на древнем океаническом ложе Командорской котловины. На основе оценки возраста структур дна, выполненной по данным теплового потока, результатов моделирования термического процесса, генезиса региональных разломов, а также анализа геомагнитных, тектонических и геологических данных, рассчитаны и построены плито-тектонические реконструкции эволюции Северной части Тихого океана на 21, 33, 40 и 70 млн. лет, в системе горячих точек.
ВВЕДЕНИЕ
Северная частьТихого океана, рассматриваемая в данной статье, расположена к востоку от Гавайско-Императорской системы хребтов и включает также район Берингова моря. Гавай-ско-Императорская горная цепь протягивается на 6000 км и включает 107 отдельных вулканов. Генезис этих асейсмичных хребтов обусловлен внутриплитным вулканизмом Тихоокеанской ли-тосферной плиты при ее прохождении над плю-мом Гавайской горячей точки. Гавайский и Императорский хребты находятся в целом в зоне спокойного магнитного поля, где линейные аномалии отсутствуют. Интерполяция возраста дна с помощью магнитных аномалий, расположенных на расстоянии около 2000 км и под углом к простиранию структуры хребтов, в значительной мере усложняет идентификацию возраста литосферы в зоне спокойного магнитного поля [9]. Северная часть Тихого океана характеризуется сложным тектоническим строением и простирается более
чем на 6000 км от Гавайско-Императорской горной цепи до окончания разломных зон Сервейер, Мендосино, Пионер, Меррей, Молокаи и далее до Кордильер Северной Америки и от континентального края Алеутского моря до начала Гавайского хребта в районе Гавайского плюма.
Алеутская дуга отделяет Берингово море от Тихого океана и протягивается на 2000 км от п-ова Камчатского мыса до п-ова Аляска (рис. 1). Глубоководная часть Берингова моря разделяется подводными асейсмичными хребтами Ширшова и Бауэрс на Командорскую и Алеутскую котловины и котловину Бауэрс. Для восстановления геологической эволюции Северной части Тихого океана необходимым параметром является возраст структур Берингова моря [15, 39]. Необходимо специально обратить внимание на тот факт, что надежные данные о возрасте фундамента различных структур Берингового моря, характеризующихся континентальным и океаническим типом коры, отсутствуют. Это значительно затруд-
60°
55'
50°
1 2
3
4
5
160° 170° 180° -170°
Рис. 1. Карта основных структур, геотермической и геомагнитной изученности Берингова моря. 1 - тепловые потоки в мВт/м2 по [4, 24]; 2 - оси магнитных аномалий (с указанием номера аномалии, где известны) и трансформные разломы по [3, 27, 40]; 3 - скважины глубоководного бурения и их номера (подчеркнуты жирной линией) по [64]; 4 - контур поднятия Витуса; 5 - осевые магнитные аномалии. Римскими цифрами обозначены котловины: I - Командорская, II -Бауэрс. Жирными линиями показаны изобаты в км.
няет исследование геодинамических процессов Северной Пацифики. До настоящего времени недостаточно изучен генезис ряда региональных депрессий Северной части Тихого океана, таких, как Императорский разлом, трог Чинук и др. Так, например, Императорский разлом рассматривается как крупный трансформный разлом [48, 50] или как палеоспрединговый центр [60, 61]. Неопределенность в знании генезиса этих структур также существенно осложняет анализ кинематических данных и, соответственно, расчеты и построение плито-тектонических реконструкций, а следовательно, и понимание процессов эволюции региона в целом.
В представленной работе на основе анализа геотермических и других геолого-геофизических данных, а также возрастных закономерностей внутриплитного магматизма горячих точек рассчитан возраст различных структур Берингова моря, осуществлено численное моделирование термических условий образования протяженных
региональных разломов (Императорский разлом, трог Чинук и др.), рассчитаны и построены пли-то-тектонические реконструкции эволюции Северной части Тихого океана на 21, 33, 40 и 70 млн. лет, в системе горячих точек.
ВОЗРАСТ СТРУКТУР ДНА БЕРИНГОВА МОРЯ ПО ГЕОТЕРМИЧЕСКИМ ДАННЫМ
Для расчета возраста структур дна Берингова моря (рис. 1) были в основном использованы данные теплового потока из [4, 10, 24, 28-31]. Были также выполнены оценки поправок измеренного теплового потока на скорость осадконакопления и контраст тепло- и температуропроводности осадочного чехла и кристаллического фундамента [12]. Оценки показали, что для юго-западной части Командорской котловины, котловины Бауэрс, хребтов Ширшова и Бауэрс, имеющих малую мощность осадков - 1-2 км, поправки не превышают точности геотермических измерений (10-
15%) и в измеренные значения теплового потока не вносились. Для Алеутской котловины и поднятия Витуса, характеризующихся более мощным осадочным чехлом, в измеренный тепловой поток были введены соответствующие поправки (см. ниже).
Западную часть Берингова моря занимает Командорская котловина (рис. 1). Мощность осадочного чехла котловины менее 2 км [4]. В юго-западной части Командорской котловины идентифицированы линейные магнитные аномалии 6, 6А, 5D и 5С (21-17 млн. лет, ранний миоцен [3]). На рис. 2 приведено распределение измеренного теплового потока вкрест простирания оси раскрытия юго-западной части Командорской котловины [7, 24, 27].
На основании геотермической модели, процесс остывания океанической литосферы описывается соотношением (теоретической геотермической кривой) [38, 58]
Ч
X Та
_ 480/^,
(1)
где ч - мВт/м2, тепловой поток; X = 3.2 х 103 мВт/м К, коэффициент теплопроводности вещества литосферы; Та = 1350°С, температура астеносферы; а = 8.0 х 107 м2/с, коэффициент температуропроводности вещества мантии; t - млн. лет, возраст литосферы.
С целью идентификации распределения измеренного теплового потока теоретическому была построена по соотношению (1) теоретическая геотермическая кривая. Как видно из рис. 2, правая теоретическая геотермическая кривая достаточно хорошо описывает максимальные значения измеренных тепловых потоков, указывая, что начало времени образования Командорской котловины следует отнести к раннему миоцену (аномалия 6А, 21 млн. лет).
Таким образом, на основании анализа геотермических и геомагнитных данных, раскрытие Командорской котловины началось в раннем миоцене. Оценка по данным теплового потока времени начала спрединга в северной части котловины (к северу от разлома Альфа) составляет ~16 млн. лет (средний миоцен). Анализ распределения полосовых магнитных аномалий к северу от Командорских островов (аномалии 5С, 5D, 6, 6А) указывает, что происходит постепенное омоложение аномалий в северо-восточном направлении (самая древняя аномалия 6А расположена на самом юге котловины) и закономерное уменьшение расстояния между одноименными аномалиями в этом же направлении [3]. Это свидетельствует о "пропагейтинге" - постепенном продвижении спрединга в Командорской котловине в северовосточном направлении. Данные теплового потока не противоречат этому выводу. Напряжения,
300
> 250 га
ё 200 н о к
150
я
о
8 100
н
50
0
2 2
1 4
к 6 к
ю ^
ч
1-ч
млн. лет
20 15 10 5 0 5 10 15 20
ЮВ
5С
5D 6 6А
200 150 100 50 0 50 100 150 200
км
Рис. 2. Геолого-геотермический профиль вкрест простирания оси раскрытия (массив Вулканологов, грабен Командор) юго-западной части Командорской котловины. Тепловой поток по [24]; магнитные аномалии по [3]. Л0 - морское дно; Z - акустический фундамент.
создаваемые на контакте Евразиатской плиты с Тихоокеанской плитой в процессе ее субдукции совместно со структурами Императорского хребта в Алеутском желобе, способствовали возникновению условий для начала спрединга дна в Командорской котловине [9].
Хребет Ширшова протягивается на 750 км в субмеридиональном направлении на юг от п-ова Алюторского до хребта Бауэрс. Осадочный чехол хребта Ширшова имеет малую мощность и в среднем не превышает 1 км. Северная часть хребта характеризуется средни
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.