научная статья по теме ТЕКТОНИКА ПЛИТ СЕВЕРНОЙ ЧАСТИ ТИХОГО ОКЕАНА Геофизика

Текст научной статьи на тему «ТЕКТОНИКА ПЛИТ СЕВЕРНОЙ ЧАСТИ ТИХОГО ОКЕАНА»

ОКЕАНОЛОГИЯ, 2007, том 47, № 5, с. 756-769

МОРСКАЯ ГЕОЛОГИЯ

УДК 551.465

ТЕКТОНИКА ПЛИТ СЕВЕРНОЙ ЧАСТИ ТИХОГО ОКЕАНА

© 2007 г. Е. В. Вержбицкий1, М. В. Кононов1, В. Д. Котелкин2

1Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, Москва 2Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, механико-математический факультет

e-mail: verzhbitsky@ocean.ru Поступила в редакцию 10.10.2006 г., после доработки 05.02.2007 г.

Построена карта геомагнитной и геотермической изученности Берингова моря. Указывается на отсутствие надежных данных о возрасте образования в Беринговом море структур океанического и континентального генезиса. Выполнены по комплексу геофизических данных оценки возраста: Командорской котловины (21 млн. лет); хребета Ширшова (северная часть хребта - 95 млн. лет, южная часть - 33 млн. лет); Алеутской котловины (70 млн. лет); поднятия Витуса (44 млн. лет); хребета Бауэрс (30 млн. лет); котловины Бауэрс (40 млн. лет). Полученные оценки возраста структур подтверждаются геолого-геофизическими и кинематическими данными. Осуществлено численное моделирование процесса образования протяженных региональных структур Северной части Тихого океана (Императорский разлом, Чинук и др.). Комплексный геолого-геотермический анализ позволяет сделать вывод, что Северная и Южная части хребта Ширшова имеют различный геологический возраст и тектоническое строение. Северная часть хребта характеризуется чешуйчато-надви-говой террейновой природой, Южная часть хребта имеет энсиматический островодужный генезис, аналогичный генезису хребта Бауэрс. Ложе Алеутской котловины является отторженцем 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. Рассчитана и построена кинематическая модель Северной части Тихого океана (в системе горячих точек) на 21 млн. лет.

ВВЕДЕНИЕ

В данной статье выполнен геодинамический анализ Северной части Тихого океана, расположенной к востоку от Гавайско-Императорской системы горных хребтов и простирающейся до окончания раз-ломных зон Сервейер, Мендосино, Пионер, Меррей, Молокаи. Северная часть Тихого океана включает также и Берингово море. Гавайско-Императорская система хребтов протягивается на 6000 км и включает 107 отдельных вулканов. Генезис этих асейсмич-ных хребтов обусловлен внутриплитным вулканизмом Тихоокеанской литосферной плиты при ее прохождении над плюмом Гавайской горячей точки. Гавайский и Императорский хребты находятся в целом в зоне спокойного магнитного поля Тихого океана, где линейные аномалии отсутствуют. Экстраполяция возраста дна с помощью магнитных аномалий, расположенных на расстоянии ~2000 км и под углом к простиранию структуры хребтов, в значительной мере усложняет идентификацию возраста литосферы в зоне спокойного магнитного поля [9].

Алеутская дуга отделяет Берингово море от Тихого океана и простирается на 2000 км от п-ва Камчатского мыса до п-ва Аляска (рис. 1). Для восстановления геологической эволюции Северо-Восточной части Тихого океана необходимым параметром является возраст структур Берингова моря [13, 35]. Глубоководная часть Берингова моря разделяется

подводными асейсмичными хребтами Ширшова и Бауэрс на Командорскую и Алеутскую котловины и котловину Бауэрс. Необходимо специально обратить внимание на тот факт, что надежные данные о возрасте фундамента различных структур Беринго-вого моря, характеризующихся континентальным и океаническим типом коры, отсутствуют. Это значительно затрудняет 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 [45, 47] или как палеоспрединговый центр [57, 58]. Неопределенность в знании генезиса этих структур также существенно осложняет анализ кинематических данных и, соответственно, расчеты и построение плито-тек-тонических реконструкций, а, следовательно, и понимание процессов эволюции региона в целом.

В представленной работе на основе анализа геотермических 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.), рассчитана и построена плито-текто-ническая реконструкция в системе горячих точек на

160°в. д. 170° 180° -170°з. д.

Рис. 1. Карта основных структур, геотермической и геомагнитной изученности Берингова моря.

Черные точки - тепловые потоки в мВт/м2 по [21, 4]; тонкие линии - оси магнитных аномалий, их номера где известны, и трансформные разломы; жирные линии - палеоосевые магнитные аномалии по [3, 24, 36]; черные точки с крестом - скважины глубоководного бурения и их номера (подчеркнуты черной жирной линией) по [63]; штриховая линия оконтуривает поднятие Витуса. Дана изобата 3 км.

Римскими цифрами обозначены: I - Командорская котловина, II - котловина Бауэрс.

21 млн. лет, завершающий этап эволюции Северной части Тихого океана.

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 работ [4, 10, 21, 25-28]. Были также выполнены оценки поправок измеренного теплового потока на скорость осадконакопле-ния и контраст тепло- и теплопроводности осадочного чехла и кристаллического фундамента [11]. 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 поднятия Витуса (Алеутская котловина), характеризующегося более мощным осадочным чехлом, в измеренный тепловой поток были введены соответствующие поправки (см. ниже).

Западную часть Берингова моря занимает Командорская котловина. Мощность осадочного чехла котловины менее 2 км [4]. В юго-западной части Командорской котловины идентифицированы линейные магнитные аномалии 6, 6А, 5 Б 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, 21, 24].

300

^250

Тн

СР

^ 200

м о

В 150

о

о 100

ч

к

щ

Н 50

3 м

л м к

ю ^

4

(-4

20 15 10

сз А

10 15 20млн. ЮВ лет

V V V V V V V

5D66A

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 [21]; магнитные аномалии по [3].

Ao - морское дно; Z - акустический фундамент.

На основании геотермической модели, процесс остывания океанической литосферы описывается соотношением (теоретической геотермической кривой) [34, 55]:

Ч

= 480/7?,

(1)

где - ч - мВт/м2, тепловой поток; I = 3.2 х 103 мВт/м К, коэффициент теплопроводности вещества литосферы; Та = 1350°С, температура астеносферы; а = 7.8 х 10-7 м2/с, коэффициент температуропроводности вещества мантии; ? - 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 6 А, 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). Это указывает на поэтапность раскрытия Командорской котловины. Напряжения, создаваемые на контакте Евразиатской плиты с Тихоокеанской плитой в процессе ее субдукции совместно со структурами Императорского хребта в Алеутском желобе, способствовали возникновению условий для образования спрединга дна в Командорской котловине [9].

Хребет Ширшова протягивается на 750 км в субмеридиональном направлении на юг от п-ва Олю-торского до хребта Бауэрс. Осадочный чехол хребта Ширшова имеет малую мощность и в среднем не превышает 1 км. Северная часть хребта характеризуется средними величинами тепловых потоков 51-68 мВт/м2, в то время как в районе южной части хребта, вблизи зоны его сочленения с хребтом Бауэрс, измерены высокие значения 77-87 мВт/м2 (рис. 2). Это указывает на различный возраст формирования северной и южной частей хребта Ширшова.

Была выполнена оценка возраста северной и южной частей хребта Ширшова по геотермическому соотношению (2) для структур не океанического генезиса [6]:

? = е4-54[( 1п480- 1) — 1п д] = ^(23.49-4.541пд)

(2)

где ? - возраст структур, в млн. лет; д - тепловой поток, в мВт/м2.

Из соотношения (2) следует, что для фонового значения теплового потока северной части хребта 65 мВт/м2 ее возраст составляет 95 млн. лет (поздний мел). Эта оценка, найденная по данным теплового потока, согласуется с оценкой, полученной по геологическим данным - возраст драгированных здесь кремнистых пород - поздний мел [4].

Оценка времени образования южной части хребта Ширшова по фоновому значению теплового потока 82 мВт/м2 составит в соответствии с соотношением (2) 33 млн. лет (ранний олигоцен). Полученная оценка (ранний олигоцен) подтверждается кинематическими данными региона Берингова моря [24].

К юго-востоку от хребта Ширшова расположена Алеутская котловина, простирающаяся на 2100 км до побережья Аляски. Центральную часть Алеутской котловины занимает поднятие Витуса.

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.

Показать целиком