Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2021, T. 497, № 1, стр. 5-9

Геолого-геофизические исследования разломной зоны Чарли Гиббс (Северная Атлантика)

С. Г. Сколотнев 1*, А. Санфилиппо 2, А. А. Пейве 1**, Я. Нестола 3, С. Ю. Соколов 1, Л. Петракчини 4, К. О. Добролюбова 1, В. Басш 2, А. Н. Перцев 5, К. Феррандо 2, А. Н. Иваненко 6, К. Сани 2, А. А. Разумовский 1, Ф. Муччини 7, А. С. Бич 8, К. Палмиотто 3, Ю. В. Брусиловский 6, Э. Бонатти 3, К. Н. Шолухов 5, М. Каффаро 4, И. А. Веклич 6, М. Лиджи 3, В. Н. Добролюбов 1

1 Геологический институт Российской академии наук
Москва, Россия

2 Отдел наук о Земле и окружающей среде, Университет Павия
Павия, Италия

3 Институт морских исследований
Болонья, Италия

4 Институт экологической геологии и геоинженерии
Рим, Италия

5 Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии Российской академии наук
Москва, Россия

6 Институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук
Москва, Россия

7 Национальный институт геофизики и вулканологии
Рим, Италия

8 ВНИИОкеангеология Министерства природных ресурсов и экологии Российской Федерации
Санкт-Петербург, Россия

* E-mail: sg_skol@mail.ru
** E-mail: apeyve@yandex.ru

Поступила в редакцию 14.12.2020
После доработки 16.12.2020
Принята к публикации 17.12.2020

Полный текст (PDF)

Аннотация

Приводятся геолого-геофизические данные, полученные в 50 рейсе НИС “Академик Николай Страхов”, по строению мегатрансформной системы Чарли Гиббс в Северной Атлантике. С учетом ранее опубликованных материалов было детально рассмотрено строение данного района. Показано, что северный и южный сегменты САХ, разделенные трансформным разломом Чарли Гиббс, представляют собой два совершенно отличных по морфологии, а значит и по условиям формирования, структуры. Драгированные породы включают весь спектр от мантийных до верхнекоровых разностей и позволяют в совокупности с детальными данными по рельефу определить происхождение основных структур мегатрансформной системы Чарли Гиббс.

Ключевые слова: мегатрансформная система, Северная Атлантика, разлом Чарли Гиббс

Большинство океанских трансформных границ состоит из одиночных узких (несколько км) сдвиговых зон, смещающих два рифтовых сегмента срединно-океанических хребтов. В то же время имеются и более сложные ансамбли структур, включающие несколько сближенных разломов, разделенных короткими межразломными рифтовыми сегментами, получившие название мегатрансформные системы (МТС) [1]. К таким системам может быть отнесен разлом Чарли Гиббс в Северной Атлантике. Его уникальность – в расположении в пограничной зоне между двумя крупными регионами Атлантического океана, имеющими заметные различия в характере процессов магматической аккреции коры. В северном из них образование коры во многом определяется влиянием Исландского плюма на процессы, происходящие в осевой зоне спрединга.

Основной целью экспедиционных работ, проведенных на НИС “Академик Николай Страхов” в 2020 г. (50-й рейс), было получение новых данных о геодинамических условиях формирования океанической коры, магматических и тектонических процессах в районе МТС Чарли Гиббс. Работы на полигоне Чарли Гиббс проводились с учетом ранее полученных данных [25]. Это первые детальные исследования всей активной области разлома Чарли Гибс (54 500 км2), включая два прилегающих с юга и севера рифтовых сегмента. Всего на полигоне пройдено около 5500 км профилей батиметрической съемки с помощью многолучевого эхолота Seabat-7150 фирмы “RESON” и гидромагнитной съемки с использованием магнитометров SeaSpy и Geometrics G882. На этих же галсах с помощью профиллографа EdgeTech 3300 производилось изучение строения верхней части осадочного чехла. Было выполнено 17 удачных драгировок в различных структурах данного полигона и подняты: базальты (65%), долериты (6%), габбро (11%), дуниты (1%), гарцбургиты (11%) и континентальный материал ледового разноса (6%) (рис. 1).

Рис. 1.

Схема рельефа района разлома Чарли Гиббс. Построена на основе батиметрической съемки 50 рейса нис “Академик Николай Страхов” с использованием данных [10]. Белые квадраты – станции драгирования по работам [4, 5, 11], белые круги – станции драгирования 50 рейса НИС “Академик Николай Страхов”. В виде секторов показаны соотношения поднятых пород. Условные обозначения: 1 – базальты и долериты, 2 – габбро, 3 – ультрабазиты, 4 – материал ледового разноса, 5 – оси разломных зон, 6 – оси рифтовых сегментов, 7 – положение разрезов, представленных на рис. 2.

Полигон Чарли Гиббс включает три структурно-тектонических области: собственно двойной трансформный разлом Чарли Гиббс, а также рифтовые сегменты к северу и югу от трансформного разлома. Рифтовый сегмент к северу от разлома Чарли Гиббс в пределах изученной площади разделен четко выраженными в рельефе нетрансформными смещениями на три блока, отличающимися друг от друга по строению. От северного к южному блоку, т.е. в направлении к трансформному разлому увеличиваются глубина и ширина рифтовых долин. В южном блоке осевая зона состоит из нескольких рифтовых впадин, кулисообразно надстраивающих друг друга в юго-восточном направлении и разделенных неовулканическими хребтами. Наиболее южная впадина соединяется с нодальной впадиной в зоне интерсекта. В двух наиболее северных блоках строение Срединно-Атлантического хребта (САХ) за пределами осевой зоны типичное для медленно-спрединговых хребтов и характеризуется развитием рифтовых гор в виде протяженных рифтовых хребтов и гряд, разделенными неширокими и неглубокими впадинами, параллельными рифтовой долине. В приразломном южном блоке за пределами осевой зоны развиты структуры типа внутренних океанических комплексов (ВОК). Такое строение характерно для приразломных сегментов других МТС, например, Романш [1, 2] или Долдрамс [3]. Строение САХ к северу от разлома Чарли Гиббс указывает на уменьшение роли магматизма и увеличение роли тектонического растяжения в процессе спрединга по мере приближения к трансформному разлому. Об этом свидетельствуют и результаты опробования. В двух северных блоках драгированы только свежие базальты, в приразломном блоке среди продуктов драгирования доминируют глубинные породы: ультрабазиты и габброиды (рис. 1). По данным предыдущих исследований в пределах северного борта северной трансформной долины (станция драгирования 203 [4]) также распространены ультрабазиты.

Рифтовый сегмент к югу от разлома Чарли Гиббс в пределах изученной площади разделен на три блока нетрансформными смещениями. Наиболее полно изученные два более северных из них, включая приразломный блок, имеют близкое и типичное для САХ строение. В осевой зоне наблюдается глубокая рифтовая долина с небольшими неовулканическими хребтами, а за ее пределами развиты типичные рифтовые горы. К югу от разлома Чарли Гиббс высота рифтовых гор существенно меньше, чем таковых к северу от разлома. Из осевых зон всех трех блоков, включая нодальную впадину, образовавшуюся в зоне интерсекта рифта и южной ветви разлома Чарли Гиббс, подняты исключительно базальты. Следует отметить, что такое строение приразломного блока не является характерным для МТС и свидетельствует о нетипично высокой для таких условий интенсивности магматизма.

Разлом Чарли Гиббс образован северной и южной разломными долинами и межразломным хребтом между ними. В сравнении с южной, северная долина в своей активной части более протяженная и глубокая и состоит из перемежающихся поднятий и впадин. Она осложнена медианным хребтом, переходящим из активной в восточную пассивную часть. Межразломный хребет рассечен в районе 31.8° з.д. межразломным спрединговым центром, протяженностью около 40 км, представленным широкой рифтовой долиной, заканчивающейся на обоих концах нодальными впадинами. В рифтовой долине имеются хребты, один из которых по данным драгирования [5] имеет вулканическую природу. Оба фланга межразломного хребта (к востоку и к западу от рифтовой долины) состоят из блоково-глыбовых горных сооружений, разделенных неглубокими вытянутыми впадинами. Простирание впадин в целом совпадает с таковым долины современного межразломного спредингового центра. Высота поднятий закономерно увеличивается с приближением к данному спрединговому центру. Наиболее высокие поднятия на обоих флангах, непосредственно граничащие с рифтовой долиной, являются ВОК, что согласно [6, 7] подтверждается наличием тектонических борозд выпахивания параллельных направлению спрединга на их поверхности и результатами драгирования, в соответствии с которыми они сложены габброидами и ультрабазитами. Опробованные нами структуры межразломного хребта сложены преимущественно габброидами. Эти данные указывают на то, что формирование литосферы межразломного хребта происходило при решающей роли тектонического растяжения в условиях так называемого сухого спрединга.

По результатам гидромагнитной съемки в пределах САХ к северу и югу от разлома Чарли Гиббс устанавливается отчетливый полосовой характер магнитных аномалий. В районе собственно МТС Чарли Гиббс магнитные аномалии имеют небольшую амплитуду и располагаются незакономерно. Исключение составляет высокоамплитудная положительная аномалия, приуроченная к межразломному спрединговому центру.

Расположение очагов землетрясений и их фокальные механизмы в соответствии с каталогом землетрясений согласуются с региональной структурой и соответствуют правосторонним сдвигам вдоль трансформных долин и сбросам как в пределах северного и южного сегментов САХ, так и в межразломном спрединговом центре.

Основная масса драгированных базальтов получена из осевых зон спрединга. Это свежие базальты без признаков вторичных изменений с многочисленными закалочными стеклами. Среди габброидов, поднятых только в пределах структур межразломного хребта Чарли Гиббс, преобладают типичные для океанической коры оливиновые габбро (63%). В меньшем количестве подняты рудные габбро (22%), габбронориты (15%) и собственно габбро (<1%). Все эти породы изотропные и не несут явных признаков тектонических деформаций. Перидотиты в основном представлены гарцбургитами (94%), но встречены также дуниты (6%). Породы сильно серпентинизированы, менее серпентинизированные разности подверглись значительному гальмиролизу.

Анализ данных акустического профилирования верхних частей осадочного разреза показал, что здесь присутствуют 4 сейсмокомплекса четвертичного возраста, образование которых связано с гляциальными циклами [8, 9], модулирующими поступление терригенного материала из арктических вод. Имеются и осадочные тела в форме сейсмофаций облекания, сформированные преимущественно контурными течениями на абиссальном пространстве, примыкающем к району работ с северо-востока, а также течениями вдоль разломных трогов, с формированием сейсмофаций, сходных с прирусловыми фациями, называемыми “канальными дрифтами” [8]. Повсеместно встречаются осадочные тела с хаотичной внутренней структурой, имеющие повышенную акустическую мутность, являющиеся результатом оползневых процессов у подножия склонов при сходе слабоконсолидированных осадков в сейсмически активном районе (рис. 2а). Отклонения акустической стратификации осадков от субгоризонтального залегания обусловлены комбинацией двух факторов: облеканием неоднородностей фундамента осадочным материалом, перемещаемым течениями со средней скоростью осадконакопления 45 м/млн лет [9], и тектоническими деформациями. Последние встречаются внутри разломных трогов в виде штамповых складок, ограниченных взбросовыми нарушениями, оси которых прослеживаются вдоль трогов на расстояния до 100 км. На удалении от бортов разломных трогов они могут иметь характер структур протыкания (рис. 2б). Вне разломных трогов деформации, вероятно, приурочены к разломам сдвигового парагенеза, возникающих по механизму сколов Риделя. В пределах первого и третьего комплексов встречаются области повышенных значений коэффициента отражения, указывающего на примесь вулканокластического материала в осадках. Отметим, что заполненные осадками разломные троги имеют признаки современных тектонических нарушений структуры осадков как в активных, так и в пассивных частях.

Рис. 2.

Строение верхних частей осадочного чехла в районе мегатрансформной системы Чарли Гиббс. Положение разрезов на батиметрической схеме: а – в пассивной части южного трога; б – на фланге северного трога. Цифрами на схеме показаны: 1 – “канальный дрифт”, 2 – штамповая складка, 3 – структура протыкания, 4 – взброс, 5 – осадочное тело с хаотичной структурой.

Таким образом, проведенные комплексные геолого-геофизические исследования в районе МТС Чарли Гиббс, дали фактический материал, детальное исследование которого позволит охарактеризовать и выяснить причины различий в тектоническом строении и условиях аккреции океанической коры и осадочного чехла как в собственно мегатрансформе Чарли Гиббс, так и в рифтовых сегментах, примыкающих к нему. Было показано, что северный и южный сегменты САХ, разделенные трансформным разломом Чарли Гиббс, представляют собой два совершенно отличных по морфологии, а значит и по условиям формирования, структуры. Драгированные породы включают весь спектр от мантийных до верхнекоровых разностей и позволяют в совокупности с детальными данными по рельефу определить происхождение основных структур мегатрансформной системы Чарли Гиббс.

Список литературы

  1. Ligi M., Bonatti E., Gasperini L., et al. // Geology. 2002. V. 30. P. 11–14.

  2. Bonatti E., Ligi M., Gasperini L., et al. // J. Geoph. Res. 1994. V. 99. P. 21779–21802.

  3. Skolotnev S.G., Sanfilippo A., Peyve A.A., et al. // Ofioliti. 2020. V. 45. P. 25–41.

  4. Hekinian R., Aumento F. // Marine Geology. 1973. V. 14. P. 47–72.

  5. Whitmarsh R.B. // Institute of Oceanographic Sciences, Cruise Report, 1982. № 137. 33 p.

  6. Georgiopoulou A., Murton B. // Report for the Atlantic Seafloor Partnership for Integrated Research and Exploration Science Planning Workshop. 2018. P. 53–54.

  7. Georgiopoulou A. and CE18008 Scientific Party // Research Survey Report. Marine Institute of Ireland, Dublin. 2018. P. 1–24.

  8. Баширова Л.Д., Дорохова Е.В., Сивков В.В. и др. // Океанология, 2017. Т. 57. № 3. С. 491–502.

  9. DSDP Leg 94 // Report. Hole 611. 1983. P. 471–590.

  10. Furey T. Atlantic Ocean Research Alliance (AORA) Bathymetry Data. Marine Institute, Ireland. 2020. https://erddap.marine.ie/erddap/griddap/AORA_asc.html

  11. Chernysheva E.A., Kharin G.S. // Petrology. 2009. V. 17. P. 476–487.

Дополнительные материалы отсутствуют.