Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2020, T. 490, № 1, стр. 48-54

Несмотря на многолетние международные геологические исследования, в Атлантическом океане сохраняются проблемы в понимании глобальных и региональных процессов осадкообразования. В регулярных трансатлантических рейсах НИС “Академик Иоффе” Институтом океанологии им. П.П. Ширшова РАН (ИО РАН) проводятся исследования строения дна Атлантического океана. Они включают высокоразрешающее сейсмоакустическое профилирование с узколучевым параметрическим эхолотом-профилографом “SES-2000 deep” и отбор колонок донных осадков гравитационной ударной трубкой. Для корреляции сейсмоакустических записей также используются данные близко расположенных скважин глубоководного бурения. Эти исследования позволяют рассмотреть актуальный вопрос о роли трех главных механизмов осадконакопления: гравитационных потоков осадочного материала разной плотности, придонных течений и фоновой вертикальной седиментации. Стратегия и методика изучения процессов седиментогенеза в Атлантическом океане в позднем кайнозое в трансатлантических рейсах ранее опубликованы [1–4].

Геострофические (контурные) течения, воздействующие длительное время на океанское дно, способны создавать аккумулятивные (рифели, осадочные волны, контуритовые дрифты) и эрозионные (промоины, рвы, каналы, террасы) формы рельефа. Осадки, отложенные под действием придонных течений, получили название контуриты [5, 6]. В Мировом океане контуриты в основном развиты на континентальном склоне и его подножии, но известны и в некоторых абиссальных районах с благоприятным режимом циркуляции придонных вод. Юго-Западная Атлантика является именно таким регионом. Она характеризуется очень динамичным гидрологическим режимом, обусловленным взаимодействием глубинных и промежуточных вод антарктического происхождения, распространяющихся на север через сложную систему круговоротов, с глубинными водами из Северной Атлантики, движущимися на юг [7–9].

Возвышенность Риу-Гранди, которая разделяет Аргентинскую и Бразильскую котловины, является одной из основных морфоструктур океанского дна Юго-Западной Атлантики (рис. 1). Ее склоны подвергаются интенсивному воздействию контурных течений в разных интервалах глубин: Антарктические промежуточные воды (ААПВ, 400–1000 м), Верхние циркумполярные воды (ВЦПВ, 1000–1800 м), Североатлантические глубинные воды (САГВ, 1800–3700 м) и Нижние циркумполярные воды + Глубинные воды моря Уэдделла (НЦПВ + УГВ, >3700 м), которые влияют на морфологию дна и контролируют процессы осадконакопления. Эти донные термохалинные течения могли оставить отчетливые “отпечатки” в структуре осадочного покрова возвышенности [8, 9]. Полагают, что неровный рельеф дна ее склонов и перерывы в осадконакоплении в интервале глубин 2000 и 3600 м частично связаны с размывом контурным течением САГВ [10]. В свою очередь, возвышенность Риу-Гранди является препятствием его распространению на юг, как и текущему на север НЦПВ.

Рис. 1.

Карта рельефа дна в районе возвышенности Риу-Гранди (основа GMRT version 3.6). Положение района исследований показано на врезке. Структуры дна: ВРГ – возвышенность Риу-Гранди, ЗРРГ – разломная зона Риу-Гранди, ТКДС – трог Крузейро-ду-Сул, КВ – канал Вима, КХ – канал Хантер. Течения: САГВ – Североатлантические глубинные воды, НЦПВ + УГВ – Нижние циркумполярные воды + Глубинные воды моря Уэдделла. Сейсмоакустический профиль “SES-2000 deep” рейсов нис “Академик Иоффе”: 32-го – AI-32 и 52-го – AI-52.

В трех рейсах по программе глубоководного бурения DSDP выполнен большой объем исследований строения осадочного покрова возвышенности Риу-Гранди [11]. Верхняя часть осадочного покрова на вершине и западном склоне сложена пелагическими карбонтаными илами раннемиоценового-четвертичного и среднеплиоценового-четвертичного возраста соответственно. В изученных образцах осадков не отмечены какие-либо признаки деятельности донных течений или турбидных потоков. В целом полученные результаты свидетельствуют, что начиная с позднего эоцена здесь было развито непрерывное пелагическое осадконакопление, а современный режим циркуляции океанских вод установился в позднем плиоцене примерно 3.0 млн лет назад. Контуритовые фации в разрезе пробуренных скважин не отмечены, по-видимому, из-за недостаточно детального пробоотбора верхних осадочных толщ при глубоководном бурении. Лишь в пелагических известковых илах в основании западного склона раннемиоценового-четвертичного возраста выявлены песчаные прослои, которые рассматриваются как возможные турбидиты.

Сейсмопрофилирование является основным и первоначальным методом выявления контуритовых структур, потом выполняется пробоотбор для литолого-стратиграфического изучения слагающих их осадков и измерение придонных течений [5, 6]. Большой объем сейсмопрофилирования на возвышенности Риу-Гранди выполнен при выборе мест скважин DSDP, но никакие контуритовые структуры в итоговых публикациях не упоминаются, хотя здесь предполагается активное воздействие придонных течений на процессы осадконакопления [11]. Единственный пример возможных контуритовых осадочных структур на возвышенности Риу-Гранди приведен пока только в работе [12], где по данным съемки с многолучевым эхолотом на ее своде выделены формы рельефа дна, похожие на осадочные волны. Сами эти авторы указывают на необходимость изучения осадочных волн сейсмическим профилированием. Высокоразрешающая сейсмоакустическая съемка в 32 (2010 г.) и 52 рейсах НИС “Академик Иоффе” (2016 г.) (рис. 1) впервые выявила на возвышенности Риу-Гранди осадочные структуры, которые могли быть образованы контурными придонными течениями.

В средней части возвышенность Риу-Гранди разделяется на два сегмента трогом Крузейру-ду-Сул СЗ–ЮВ-простирания, который является грабеном, образованным активным тектонизмом в среднем эоцене [13]. На профиле АИ-52 (рис. 1) наблюдаются структуры, которые предположительно можно отнести к контуритовым. В тонкослоистой волнистой осадочной толще мощностью 10–15 м восточного борта трога развита серия четких асимметричных ундуляций пачки субпараллельных рефлекторов, которые конформно отображаются в волнистой морфологии дна (рис. 2). Высота этих ундуляций около 5 м и длина волны (расстояние между гребнями) ~1 км. Вершины их сводов мигрируют в сторону склона вверх по разрезу, что типично для осадочных волн [5, 6]. В центральной части днища трога дно подстилается акустически прозрачными осадками мощностью до 30 м, которые сильными рефлекторами разделяются на несколько линз. Аналогичные линзы, но стратифицированных осадков, развиты в основании его западного борта. А самая верхняя линза образует здесь уплощенное поднятие высотой несколько метров. На профиле нис “Фред Мур” (1979 г.) (архив MGDS) в основании западного склона трога Крузейру-ду-Сул четко выделяется похожее осадочное тело мощностью около 150 м и длиной примерно 5 км (рис. 2). Подобное осадочное тело наблюдается в районе трога Крузейру-ду-Сул южнее скв. 516 на профиле нис “Вима” [10]. Возможно, эти линзовидные образования являются небольшими контуритовыми пластерными дрифтами.

Рис. 2.

Фрагмент профиля 52 рейса НИС “Академик Иоффе” в троге Крузейру-ду-Сул на вершине возвышенности Риу-Гранди. Положение показано на рис. 1. Детально показаны осадочные волны и контуритовый дрифт, а также фрагмент многоканального сейсмопрофиля НИС “Фред Мару” (архив MGDS) с подобным контуритовым дрифтом.

Осадочные волны и небольшие контуритовые дрифты в троге Крузейру-ду-Сул, по-видимому, образованы ветвью контурного течения распространяющихся через него в северном направлении Антарктических Промежуточных Вод. Это подтверждают выполненные здесь наблюдения с доплеровским измерителем течений [12]. Один из механизмов образования осадочных волн эти авторы связывают с региональной антициклонической циркуляцией водных масс течения ААПВ. Согласно альтернативному механизму, разрушение внутренних волн создает активную турбулентность вблизи дна, которая приводит к переотложению осадков в виде осадочных волн. Ранее волнистую структуру слоистых осадков мощностью до 85 м в троге Крузейру-ду-Сул на записях сейсмопрофилографа “Парасаунд” 17 рейса НИС “Академик Сергей Вавилов” (2003 г.) объясняли недавней тектонической активностью, а наблюдаемые ундуляции интерпретировали как молодые складчатые деформации [13]. Однако из анализа данных сейсмопрофилирования сделан вывод, что тектонические и вулканические процессы, сформировавшие наклонные блоки фундамента в осевой части трога Крузейру-ду-Сул, были активны до среднего миоцена, после чего образование разломов прекратилось [10]. Сейсмоакустические данные рейса АИ52 подтвердили, что это, скорее, контуритовые осадочные волны, сформированные не тектоническими, а седиментационными процессами.

Сейсмоакустическое профилирование 52 рейса НИС “Академик Иоффе” выявило некоторые различия морфологии и структуры донных отложений на северном и южном склонах возвышенности Риу-Гранди. Шероховатый облик крутого северного склона с более расчлененным рельефом дна, по-видимому, создают слагающие его оползневые отложения и гравититы с непрозрачной и хаотической “комковатой” внутренней акустической структурой (рис. 3). Подобные участки на крутых склонах возвышенности рассматривали как признаки эрозии или неотложения из-за активности донных течений вниз по склону разной природы [10]. В основании склона дно становится более пологим и ровным, а в подстилающих отложениях прослеживаются непрерывные протяженные рефлекторы. Здесь можно предположить иной характер процессов рельефообразования и осадконакопления. Типичные контуритовые осадочные структуры на профиле АИ-52 здесь скорее не наблюдаются. Однако небольшие пологие аккумулятивные осадочные тела, выступающие в рельефе дна, участки стратифицированных осадков с гладкими параллельными рефлекторами и непрерывные рефлекторы внутри акустически прозрачных осадков допускают влияние контурного придонного течения. Известно, что одна из ветвей идущего с юга донного течения НЦПВ и УГВ после выхода их канала Вима поворачивает на восток и идет по широтному разлому Риу-Гранди вдоль подножия возвышенности [8, 9]. Взаимодействие плотностных потоков вниз по склону с этим донным контурным течением могло формировать смешанную турбидито-контуритовую осадочную систему в основании северного склона возвышенности Риу-Гранди.

Рис. 3.

Фрагмент профиля 52 рейса НИС “Академик Иоффе” в нижней части северного склона возвышенности Риу-Гранди. Стрелками показаны пологие аккумулятивные осадочные тела в его основании. Положение см на рис. 1.

На ее южном склоне на профиле АИ-52 (рис. 4) можно также наблюдать признаки вторичной переработки осадочных отложений, отсутствие которых ранее отмечалось [9]. Оползневые гряды хаотического заполнения и протяженные эрозионные поверхности в средней части южного склона, по-видимому, сформированы плотностными потоками вниз по склону. Наиболее наглядно это подтверждают участки профиля с хаотической структурой, которую создают многочисленные близко расположенные гиперболические отражающие границы (участок (б) на рис. 4). Такая структура типична для отложений плотностных потоков неконсолидированных осадков. На южном склоне возвышенности Риу-Гранди развитие контуритовых отложений более вероятно, чем на северном. Они могут частично слагать регулярные гряды параллельно-слоистых осадков с конформными внутренними рефлекторами (участок (в) на рис. 4). В верхней части склона участок с горизонтальной поверхностью дна обрывается в сторону котловинным крутым уступом высотой более 100 м (рис. 4Б), по-видимому, являющимся одним из бенчей на склонах возвышенности Риу-Гранди, образованных придонным течением [10]. С другой стороны, этот участок со слабо волнистой тонкослоистой осадочной толщей видимой мощностью до 20 м ниже выровненной поверхности дна ограничен неглубоким эрозионным рвом. В целом этот участок южного склона на границе ВЦПВ и САГВ похож на контуритовую террасу, которые широко развиты по границам водных масс на континентальной окраине Южной Америки [например, 14]. Возможно, здесь на склон воздействовали подобные донные течения.

Рис. 4.

А – фрагмент профиля 52 рейса НИС “Академик Иоффе” в нижней части южного склона возвышенности Риу-Гранди. Положение показано на рис. 1. Детально показаны участки: смешанная турбидито-контуритовая осадочная система (а), отложения плотностных потоков неконсолидированных осадков (б), регулярные гряды параллельно слоистых осадков с конформными внутренними рефлекторами, частично контуритовые (в). Б – участок в верхней части склона, похожий на контуритовую террасу с эрозионным каналом.

В основании южного склона находится аккумулятивное осадочное тело высотой более 150 м и протяженностью порядка 20 км (участок (а) на рис. 4). Протяженные участки конформных параллельно слоистых осадков мощностью до 80 м в его средней части могут иметь контуритовую природу. На флангах этой насыпи развиты стратифицированные отложения мощностью до 40–50 м, более напоминающие отложения плотностных потоков, отмеченные выше по склону. Регулярная волнистая морфология дна южнее этой насыпи, внутренняя структура слоистых ундуляций размерами несколько километров и высотой до 40 м предполагает активное влияние донных течений на процессы осадконакопления и рельефообразования. В основании южного склона возвышенности Риу-Ганди, возможно, также существует смешанная турбидито-контуритовая осадочная система, отличающаяся по своему строению и генезису от развитой в основании северного. В целом роль плотностных потоков вниз по склону здесь ниже, тогда как роль контурного течения НЦПВ, наталкивающегося на возвышенность, напротив, выше.

Для проверки контуритовой природы структур, выявленных нами на возвышенности Риу-Гранди сейсмоакустическим профилированием в рейсах НИС “Академик Иоффе”, необходимо выполнить их детальную съемку с многолучевым эхолотом и высокоразрешающим сейсмопрофилографом типа “SES-2000 deep”.