ВУЛКАНОЛОГИЯ И СЕЙСМОЛОГИЯ, 2011, № 4, с. 21-49
УДК 551.465
ОСОБЕННОСТИ ГЕОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ФОРМИРОВАНИЯ СЕВЕРНОЙ ЧАСТИ СРЕДИННО-АТЛАНТИЧЕСКОГО ХРЕБТА
© 2011 г. Е. В. Вержбицкий, М. В. Кононов, А. Ф. Бяков
Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН 117997Москва, Нахимовский проспект, 36, е-шаП: verzbitsky@ocean.ru Поступила в редакцию 08.02. 2010 г.
Выполнен сравнительный анализ рассчитанных параметров погружения в астеносферу спрединговых хребтов: Рейкьянес, Кольбейнсей, Азорского фрагмента Срединно-Атлантического хребта, а также асей-смичных хребтов Мирового океана: Восточно-Индийского, Мальдивского, Гавайско-Императорского и Луисвилль, образованных в результате работы мантийного плюма. Сделан вывод о близости геодинамических процессов формирования спрединговых хребтов Северной части Атлантического океана и асей-смичных океанических хребтов, генезис которых связан с действием горячих точек. Обоснованы на базе геолого-геофизических данных и компьютерного моделирования главные этапы развития Исландского региона. Рассмотрена кайнозойская тектоническая эволюция региона, рассчитаны и построены в системе горячих точек палеогеодинамические реконструкции Северной Атлантики на 60, 50 и 20 млн лет.
ВВЕДЕНИЕ
В Мировом океане существует ряд крупных спрединговых хребтов, на генезис которых существенное влияние оказывал мантийный плюм/горячая точка.
Исландская горячая точка расположена на оси Срединно-Атлантического хребта в районе о. Исландия, к югу от которого находится хребет Рейкьянес, а к северу хребет Кольбейнсей (рис. 1). Азорский архипелаг, образование которого связано с работой Азорской горячей точки, расположен вблизи точки тройного сочленения Евразиатской, Африканской и Северо-Американской плит на расстоянии ~300 км к востоку от Азорского фрагмента Сре-динно-Атлантического хребта. Хребет Рейкьянес и Азорский фрагмент характеризуются наличием участков с V-образной выровненной безразломной формой рельефа. Эти V-образные участки хребтов выплавлены из аномально разогретого веществом плюма астеносферного материала [Escartin et al., 2001; Jones, 2003].
В настоящее время имеется ряд гипотез образования внутриплитных океанических горных цепей (асейсмичных хребтов) [Sclater, Fisher, 1974; Turcotte, Oxburg, 1978]. Однако наиболее обоснованной и практически принятой в научном мире является гипотеза, постулирующая "прожигание" движущейся литосферной плиты и создающее на поверхности дна вулкан, который отмирает после прохождения плиты над горячей точкой [Morgan, 1972; Wilson, 1963]. Так, генезис таких протяженных асейсмичных хребтов как Восточно-Индийский, Мальдивский,
Гавайско-Императорский, Луисвилль связывается исключительно с работой плюма (рис. 2, 3).
Хорошее согласие в изменении возраста вулканитов Восточно-Индийского, так и Мальдивского хребтов в северном направлении указывает на то, что образование этих хребтов было синхронным и обусловлено движением в позднем мелу — палеогене Индийской плиты на север над горячими точками Кергелен и Реюньон [Вержбицкий, 1998].
Гавайско-Императорский хребет находится в северной части Тихого океана (см. рис. 3), в то время как хребет Луисвилль в его южной части (см. рис. 9). Хребты синхронно формировались при движении Тихоокеанской плиты относительно горячих точек (Гавайской и Луисвиль, соответственно) в интервале времени ~70—0 млн лет и имеют синхронные перегибы датируемые возрастом ~40—46 млн лет [Duncan, Clague, 1985; Geli et al., 1998; Koppers et al., 2004].
Отбуренные и драгированные образцы вулканитов на всех перечисленных выше хребтах обогащены некогерентными элементами в отличие от вулканитов срединно-океанических хребтов, не подверженных влиянию плюма и выплавленных из деплетиро-ванной мантии [Becker, 1980; Wyss, 1980].
До сих пор не изучено влияние вещества плюма на процесс погружения в астеносферу спрединговых океанических хребтов, к которым относятся сегменты Срединно-Атлантического хребта северной Атлантики. Не исследован вопрос соответствия их генезиса в районе Исландской и Азорской горячей точки кристаллизационной модели остывания ли-тосферной плиты, либо другой модели. Не выполнен
-70° -60° -50° -40° -30° -20° -10° 0°
70°
65°
60°
55°
50°
45°
40°
35°
3
4
12
>23
+ +■
+ + -I + +
6 $0Й]
14 ^ 15 АП 16
10
11
40
сравнительный анализ геодинамических процессов образования Срединно-Атлантического хребта с процессами формирования асейсмичных хребтов Мирового океана, генезис которых также связан с работой горячей точки. Не сделаны численные оценки величины дополнительного источника тепла, обусловленного горячим веществом плюма.
Всем вышеперечисленным вопросам и посвящена данная статья.
ОСНОВНЫЕ СООТНОШЕНИЯ КРИСТАЛЛИЗАЦИОННОЙ модели ФОРМИРОВАНИЯ ОКЕАНИЧЕСКОЙ ЛИТОСФЕРЫ ПЛИТЫ
На основании кристаллизационной модели остывания движущейся литосферной плиты, увеличения ее мощности, тяжести и изостатического погружения в астеносферу, глубина погружения фун-
Рис. 1. Схема геолого-геофизической изученности Северной части Срединно-Атлантического хребта. 1 — области с континентальной корой: а — суша, б — шельф и континентальный склон; 2 — области с океанической корой; 3 — области с субокеанической корой; магматические комплексы Северно-Атлантической магматической провинции: 4 — проявления магматических комплексов на суше (цифрами на карте показаны районы: I — Западно-Гренландский, II — Восточно-Гренландский, III — Британский), 5 — проявления в акватории моря (экструзивные базальтовые силлы (Seaward Dipping Reflector Complexes); 6 — внутриокеанические блоки с континентальной и субконтинентальной корой; 7 — а — линейные магнитные аномалии и их номера, б — трансформные разломы; 8 — палеоосевые магнитные аномалии; 9 — срединно-океанические хребты и трансформные разломы; 10 — трансформные разломы (в океане) (на суше сдвиги) достоверные (сейсмически активные) и предполагаемые или сейсмически неактивные (показаны пунктиром), стрелками показано направление смещения разломов, там где известно; 11 — диффузная граница Западно-Средиземноморской плиты; 12 — надвиги; 13 — сбросы: а — единичные, б — грабены и рифты; 14 — тепловой поток, в мВт/м2 ; 15 — скважины глубоководного бурения DSDP и ODP, их номера; 16 — положение корня (ножки) Азорского плюма. Изобаты 700 м к северо-востоку и юго-западу от о. Исландия маркируют границы V-образных участков рельфа дна в районе хребтов Кольбейнсей и Рейкьянес; изобата 2500 м — границу V-образного участка рельфа дна в районе Азорского архипелага.
Буквами на карте обозначены: Ал — Альборанское море, АО — Азорские о-ва, ГБ — Галицийская банка, Эр-Риф - горная цепь Эр-Риф, ТА — горная цепь Телль-Атлас, МТ — поднятие Мадейра-Торре; котловины: КХ — Хосшу, КС — Сен; АП — Азорский плюм (ножка плюма на глубине 250—400 км); РТ — рифт Терсейра; Разломы: РГл — Глория, РПА — Пласенсия — Алентеджо, РБТ — Байо-Таджу, РН — Назаре.
дамента океанической коры может быть представлена как [Carlson, Johnson, 1994; Parsons, Sclater, 1977]:
Н = Н0 + К1/2, (1)
где Н — глубина фундамента океанической коры, км; Н0 — глубина над гребнем спредингового хребта, км; К — коэффициент, характеризующий скорость погружения фундамента, км/млн лет1/2; t — возраст фундамента, млн лет. Для средней глубины гребня срединно-океанических хребтов и средней скорости погружения фундамента Н0 = 2.6, К = 0.345.
Нами были выполнены модельные расчеты коэффициента К термического погружения фундамента океанической коры для флангов спрединго-вых хребтов Рейкьянес и Кольбейнсей в непосредственной близости от Исландии. Методика расчетов подробно описана в работах [Бяков, Казьмин, 2002; Вержбицкий и др., 2006]. Исходные данные взяты из электронного варианта Геодинамического Атласа, разработанного в Геологическом музее им. Вернадского, и базы данных рельефа Земли ETOPO-5. Мы оцифровали три профиля рельефа вдоль направления спрединга океанической коры. На основе баз данных "Мощность и плотность осадочного чехла Мирового океана" и "Линейные магнитные аномалии Мирового океана" каждой точке профилей рельефа поставлены в соответствие значения мощности осадков, средней плотности осадков и возраста океанической коры. Далее были выполнены расчеты рельефа фундамента коры за вычетом мощности осадков и с учетом поправки на изостатическое поднятие по известной методике [Le Douran, Parsons, 1982]. Рассчитанный рельеф фундамента океанической коры вдоль профилей аппроксимировался корневой зависимостью от возраста коры (уравнение 1). Для аппроксимации использовался метод наименьших квадратов. Средние квадратические отклонения (а) фактического рельефа фундамента от теоретической кривой, характеризующие по-
грешность оценки коэффициента К, не превышало 200 м. Это свидетельствует о том, что аппроксимация рельефа фундамента океанической коры в зависимости от корня квадратного из возраста дна вполне удовлетворительна. При доверительной вероятности 95% все возможные отклонения от аппроксимирующей функции не будут превышать 2а, то есть 400 м, что находится в пределах колебаний глубин рельефа, обусловленных тектоническими процессами на флангах хребтов по мере остывания океанической коры.
Процесс остывания океанической литосферы описывается соотношением (теоретической геотермической кривой) [Carlson, Johnson, 1994; Parsons, Sclater, 1977]:
q = X Ta(n at)-1/2 = K f1/2, (2)
где — q — тепловой поток, мВт/м2; X = 3.2 x 103 мВт/м, К — коэффициент теплопроводности вещества литосферы; Та = 1350°С — температура астеносферы; а = 8 x 10-7 м2/с — коэффициент температуропроводности вещества мантии; t — возраст литосферы, млн. лет. Коэффициент К1 характеризует скорость остывания океанической литосферы, в мВт (млн. лет)1/2 м-2. Для средней скорости остывания океанической литосферы коэффициент К1 = = 480.
СПЕЦИФИКА ФОРМИРОВАНИЯ
СПРЕДИНГОВЫХ ХРЕБТОВ РЕЙКЬЯНЕС И КОЛЬБЕЙНСЕЙ
Спрединговый хребет Рейкьянес (см. рис. 1) простирается на 900 км от одноименного полуострова (юго-западная часть о. Исландия) на 64° с.ш. до раз-ломной зоны на 57° с.ш. Хребет имеет генеральный азимут простирания 36° и направление спрединга
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.