Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2021, T. 498, № 1, стр. 5-11

Хребет Ломоносова (ХЛ) является подводным поднятием, расположенным в центральной части Северного Ледовитого океана и разделяющим его на два бассейна – Евразийский и Амеразийский. Он простирается примерно на 1800 км, соединяя Северо-Американскую континентальную окраину и арктическую континентальную окраину Евразии (АКОЕ), от островов Гренландия и Элсмир до Новосибирских островов. С запада он граничит с котловиной Амундсена, с востока – с котловинами Макарова и Подводников (рис. 1). Одним из ключевых вопросов, связанных с геологическим строением ХЛ, является характер его сочленения с АКОЕ. Подавляющее большинство исследователей склоняются к существованию между данными структурами гипотетической Хатангско-Ломоносовской трансформной зоны, которая была активной на протяжении всего или большей части кайнозоя по мере того, как хребет отодвигался от Баренцево-Карской окраины [10, 12–14]. В альтернативу этой точки зрения была предложена модель, в соответствии с которой при раскрытии Евразийского бассейна ХЛ перемещался вместе со структурами примыкающей АКОЕ в составе Северо-Американской плиты [8]. Конечная цель настоящей работы состоит в прояснении данного вопроса.

Рис. 1.

Географическое положение района исследований (врезка) и схема использованных цифровых сейсмометрических материалов. Условные обозначения: 1 – профили МОВ ОГТ; 2 – профили ГСЗ, 3 – бровка шельфа. Аббревиатуры геоструктур расшифрованы в тексте, дополнительно: КН – котловина Нансена, ХГ – хребет Гаккеля, КМ – котловина Макарова.

Исследуемый район слабо и неравномерно изучен геолого-геофизическими методами. Ближайшая к району исследований глубокая (402 м) скважина пробурена в приполярной области ХЛ. Наибольший прогресс в геологическом изучении района был достигнут в 2007–2016 гг. за счет сейсморазведочных работ МОВ ОГТ 2Д и ГСЗ (экспедиции “Арктика-2011”, “Арктика-2012”, “Арктика-2014”, работы ОАО “МАГЭ”) (рис. 1). Информация об изученности гравитационного и магнитного полей Северного Ледовитого океана, приведенная в ряде публикаций ([2] и др.), свидетельствует о недостаточности объема накопленных данных по потенциальным полям (особенно магнитному), даже применительно к решению региональных задач геологии.

Рассчитанные ранее на этой основе цифровые модели аномального магнитного поля и аномалий поля силы тяжести в свободном воздухе были актуализированы за счет притока новой информации. С использованием международной цифровой модели рельефа морского дна (IBCAO, версия 3.0) также были рассчитаны обновленные модели поля силы тяжести в редукции Буге с плотностями промежуточного слоя 2.3 и 2.67 г/см³ и ряд цифровых моделей трансформант потенциальных полей: градиенты по направлениям, их региональные и локальные составляющие и др. Совместный анализ потенциальных полей был выполнен с использованием средств структурного анализа в ПО Сигма 3Д. Все перечисленное позволило выявить и оконтурить границы блоков земной коры с разными петрофизическими свойствами, распространить результаты профильных сейсмических наблюдений на всю площадь исследований, дать геологическое истолкование полученных результатов.

Доступные в формате SEGY сейсмические разрезы МОВ ОГТ были собраны и обобщены в проекте ПО IHS Kingdom (рис. 1). В ходе их интерпретации прослежены основные отражающие горизонты в осадочном чехле и поверхность акустического фундамента, выявлены тектонические нарушения и определена их кинематика, сделаны выводы об условиях формирования отдельных геоструктур. В результате дальнейшего анализа сейсмических данных совместно с площадной информацией – наборами цифровых моделей потенциальных полей, их трансформант, а также рельефа дна, была построена тектоническая схема района исследований, упрощенная версия которой приведена на рис. 2. На схеме показаны разрывные нарушения (главные и второстепенные) – границы геоструктур трех рангов, прослеженные в потенциальных полях и заверенные в точках пересечения с линиями сейсмических разрезов – классифицированные на сбросы, надвиги, сдвиги, неустановленной природы и нарушения на границах сегментов океанической коры.

Рис. 2.

Тектоническая схема района исследований. Условные обозначения: 1 – границы геоструктур I (а), II (б) и III (в) рангов, 2 – бровка шельфа; 3 – эпицентры землетрясений магнитудой 5–6.8; 4–4.9; 3–3.9; 2.2–2.9 (а) и не установленной (б) [1]; главные (а) и второстепенные (б) нарушения: 4 – сдвиги, 5 – взбросы, 6 – сбросы, 7 – неустановленной природы. Аббревиатуры геоструктур: ВЛП – Восточно-Лаптевское поднятие, ЛМ – Лаптевская микроплита, КАм – котловина Амундсена, КК – котловина Карасика, КМ – Котельнический массив, КПо – котловина Подводников, МДЛ – массив Де-Лонга, ХЛ – хребет Ломоносова, ПДЛ – прогиб Де-Лонга, ПКО – зона перехода континент-океан, ПМ – поднятие Менделеева, СС – седловина Сорокина, СХЛ и ЦХЛ – Сибирский и центральный сегменты хребта Ломоносова.

В границы района исследований попадают три геоструктуры I ранга разного генезиса – Евразийский бассейн, Амеразийский бассейн и АКОЕ. Они представлены входящими в их состав гео-структурами II ранга (областями): котловиной Амундсена (КАм), хребтом Ломоносова, северо-восточным фрагментом Лаптевской микроплиты (ЛМ), массивами Де-Лонга и Котельническим, котловиной Подводников и поднятием Менделеева (рис. 2).

К западу от ХЛ, в Евразийском бассейне, расположены зона перехода континент–океан (ПКО) и котловина Амундсена. Океанический фундамент котловины закономерно заглубляется от срединно-океанического хребта (СОХ) Гаккеля к зоне ПКО, с ~3.5 до ~8–9 км. В районе 81° с.ш. наблюдается выступ структуры ХЛ в глубь котловины, ограниченный крупными разломами, часть из которых может иметь сдвиговую компоненту (рис. 2). Примечательно, что на противоположной, Баренцево-Карской части АКОЕ наблюдается сходный по форме симметричный врез, свидетельствующий о единстве этих геоструктур до раскрытия Евразийского бассейна (рис. 3а). Внутри котловины предполагается система субпараллельных СОХ продольных тектонических нарушений, представленных преимущественно сбросами, с падением плоскостей сместителей в западном направлении и, в меньшей степени – взбросами (встречаются в районе рифтовой зоны). Они оконтуривают протяженные гряды, сформированные выступами наклоненных в сторону от СОХ блоков океанической коры, в основном – перекрытых осадками. Поперечные нарушения ограничивают сегменты океанической коры разного порядка (на рис. 2 – двух рангов). Они представлены преимущественно пассивными частями малоамплитудных трансформных разломов. В настоящее время они имеют активные части лишь в зоне СОХ, где фиксируются горизонтальные смещения его оси амплитудой до 10 км. Ширина зоны ПКО в Евразийском бассейне в среднем составляет ~50 км, фундамент погружен здесь до глубин от ~6 до ~10 км.

Рис. 3.

Палинспастические реконструкции для кайнозойского этапа эволюции Лаптевоморского региона. Условные обозначения: 1 – океаническая кора и полосовые магнитные аномалии в ЕБ, 2 – ПКО, 3 – приподнятые блоки фундамента (горсты, поднятия), 4 – опущенные блоки фундамента (прогибы, рифты), 5 – Южно-Анюйская сутура, 6 – оси растяжения и его направление, 7 – зоны сдвигов. Аббревиатуры геоструктур расшифрованы на рис. 2, дополнительно: ВСП – Верхоянский складчатый пояс, ЕБ – Евразийский бассейн, КП – Карская плита, НЧПС – Новосибирско-Чукотская покровно-складчатая система, СП – Сибирская платформа, ТСПО – Таймыро-Северозевельская покровно-складчатая область.

Область ХЛ является северным продолжением АКОЕ. Она включает гребневую часть ХЛ и примыкающие к нему с восточной стороны одноранговые структуры – котловину Карасика, седловину Сорокина и прогиб Де-Лонга. Глубина фундамента на ХЛ в районе исследования варьирует в большом диапазоне, уменьшаясь до 1.3 км в пределах горстов в гребневой части и погружаясь до 6.5 км на его флангах и в наиболее глубоких грабенах. Главные продольные тектонические нарушения, представленные сбросами, формируют генеральную субмеридиональную структуру хребта, второстепенные – его внутреннее горст-грабеновое строение. На западном и восточном флангах хребта фиксируются блоки континентальной коры, испытавшие соскальзывание и опрокидывание по листрическим сбросам в сторону прилегающих котловин, с формированием структур полуграбенов. Амплитуда этих сбросов составляет в среднем 2–2.5 км. На площади исследований ХЛ разделен на два сегмента – Сибирский (СХЛ) и Центральный. Они отличаются, в первую очередь, разными направлениями (относительно простирания хребта) систем поперечных разрывных нарушений. В сибирском сегменте нарушения имеют СЗ–ЮВ-ориентировку, а в самой южной части центрального – СВ–ЮЗ. По кинематике эти нарушения подразделены на сбросовые и сдвиговые, а также неустановленной природы. Граница между указанными сегментами проходит в районе ~84.5° с.ш. по крупному правостороннему сдвигу с предполагаемым горизонтальным смещением ~30 км.

Котловина Карасика, разделяющая ХЛ и котловину Подводников, имеет в плане форму, близкую к треугольной. В ее расширенной южной части фундамент испытывает погружение до ~9 км. В северной части котловины расположен ряд узких (шириной ~20 км) линейных субмеридиональных структур, представляющих собой – горсты (отроги Геофизиков и Сенчуры) и разделяющие их грабены/полуграбены (троги Геофизиков и Немилова) (рис. 2). В южном направлении горсты скрываются под осадочным чехлом и прослеживаются лишь на разрезах МОВ ОГТ. Котловина Карасика ограничена высокоамплитудными сбросами с запада и востока и ранее упомянутым сдвигом между сегментами ХЛ – с севера. Вдоль ее восточного борта протягивается в меридиональном направлении яркая отрицательная в потенциальных полях аномальная зона, отождествляемая по данным МОВ ОГТ с трогом Геофизиков. В пределах котловины предполагаются поперечные разрывные нарушения СЗ–ЮВ-простирания, трассируемые с ХЛ. Их косое по отношению к оси простирания хребта и котловины положение, наряду с формой последней – свидетельствует о формировании этой области в условиях косого растяжения (транстенсии) континентальной коры. Южнее нее расположена седловина Сорокина, в пределах которой фундамент располагается на глубине ~5 км. Структуры контактируют по крупному сбросу (амплитуда ~4.5 км), на ранних этапах его существования, вероятно – сбросо-сдвигу.

Прогиб Де-Лонга простирается в ЮЗ-СВ направлении, отделяя СХЛ от массивов Де-Лонга и Котельнического. Глубина фундамента в прогибе в среднем составляет ~5 км, в наиболее погруженной части достигает ~9 км. С бортов прогиб ограничен крупными сбросами. В поперечном направлении его рассекают разломы I и II рангов СЗ–ЮВ-направления, проникающие из СХЛ. Часть из этих нарушений предположительно имеет левосдвиговую компоненту.

С юга к области ХЛ примыкают структуры АКОЕ, породы которых в разной степени обнажаются на островной суше и потому – существенно лучше изученные (например, [5]). Далее приведены лишь особенности их тектонического строения, подтверждающиеся или проистекающие из результатов настоящей работы.

На юго-западе СХЛ смыкается с Восточно-Лаптевским поднятием, которое является частью Лаптевоморской системы рифтов и грабенов, сформированной под влиянием попыток продвижения в южном направлении СОХ Гаккеля (например, [8, 12]). Будучи расположенным близ зоны торцевого сочленения СОХ и АКОЕ, поднятие раздроблено на локальные горсты и грабены субмеридиональной ориентировки, нарушенные субширотными поперечными разломами сдвиговой (с амплитудой 5–12 км) кинематики. Через поднятие и далее, в зону Бельковско-Святоносского рифта, трассируется современная ветвь (одна из двух) растягивающих напряжений, намечая восточный край Лаптевской микроплиты [1] и границу между ней и СХЛ (рис. 2).

Область Котельнического массива представляет собой фрагмент позднекиммерийской Новосибирско-Чукотской покровно-складчатой системы (НЧПС), в пределах которой на островах Анжу обнажаются породы позднемелового-кайнозойского осадочного чехла и более древние осадочные породы, вошедшие в результате складчатости в состав фундамента [5]. Массив обрамлен серией прогибов (рифтов) со значительными (до 4 км) по амплитуде сбросами в бортах: с запада – Бельковско-Святоносским рифтом; с северо-запада – Анисинским рифтом (до 7 км глубины); с севера – прогибом Де-Лонга, с северо-востока – серией прогибов, включающей Новосибирский рифт и прогиб Небен, соединяющихся на востоке с Жоховским и Мельвильским прогибами. Тектонические нарушения в зонах прогибов включают сбросы и взбросы, протягивающиеся параллельно их простиранию (субширотные и СЗ–ЮВ-простирания) и субортогональные поперечные нарушения, зачастую представленные малоамплитудными сдвигами (до ~10 км). Аналогичный тектонический стиль предполагается по данным потенциальных полей на всей площади Котельнического массива: при этом оси сбросов и взбросов протягиваются параллельно осям упомянутых рифтов и прогибов (рис. 2).

Массив Де-Лонга через вышеописанную систему прогибов контактирует с Котельническим массивом и представляет собой блок древней континентальной коры, испытавший за историю своего геологического развития множество различных геодинамических обстановок. Высокоамплитудные магнитные аномалии в пределах массива позволяют закартировать ареалы траппового магматизма разного возраста, установленные на островах [5]. В разных его частях, преимущественно в фундаменте, предполагаются разрывные нарушения различной ориентировки и кинематики (рис. 2). Отметим лишь, что часть из них, в северной и СЗ-частях массива, по данным сейсморазведки могут быть представлены взбросами. На северо-западе массив граничит с одноименным прогибом и седловиной Сорокина по системе крупных сбросов. Такие же сбросы фиксируются в северной части массива, на границе с котловиной Подводников. Последняя отделена от ХЛ узким отрогом Геофизиков субмеридионального простирания. Она характеризуется сложно дешифрируемой тектонической структурой. На сейсмических разрезах разрывные нарушения достоверно устанавливаются только в бортовых частях котловины, а в центральной части – ненарушенный осадочный чехол залегает на фундаменте неопределенной природы, по-видимому, включающем в верхней части вулканогенные образования. Таким образом, система тектонических нарушений на большей площади котловины намечена по результатам интерпретации только потенциальных полей (рис. 2). Главная особенность котловины Подводников – наличие на всей площади ее фундамента поперечных разломов и в северной части – левосторонних сдвигов, трассируемых через котловину из области ХЛ на примыкающее к ней с востока поднятие Менделеева. Структура последнего была описана ранее [9] и, ввиду отсутствия новых данных, не претерпела значимых изменений.

Наиболее древними (домезозойскими) тектоническими нарушениями, выявленными в районе исследования, являются, вероятно, некоторые из предполагаемых по данным поля силы тяжести – в центральной части массива Де-Лонга. Они относятся к ранним этапам становления этой структуры. В целом домезозойская тектоника в пределах акватории исследуемого региона оказалась маскирована в результате последующих тектоно-магматических событий. Закрытие Южно-Анюйского палеоокеана привело к столкновению Котельнического массива и массива Де-Лонга в составе Чукотско-Аляскинского микроконтинента с Сибирью и структурами Колымской петли [6]. В результате была сформирована позднекиммерийская НЧПС, структуры которой в восточной части моря Лаптевых огибают блок обсуждаемых срединных массивов с северо-запада и продолжаются, как минимум, в СХЛ. Синхронно с закрытием Южно-Анюйского палеоокеана, к северу от Чукотско-Аляскинского микроконтинента, раскрывался Амеразийский бассейн. Время формирования входящей в его состав котловины Подводников достоверно неизвестно, но, вероятно, это произошло в позднем меле. Вместе с котловиной Карасика она формировалась в обстановке транстенсии, с развитием сбросовых нарушений и косоориентированных сбросо-сдвигов. При этом происходило отодвигание поднятия Менделеева от ХЛ, для чего к северу от массива Де-Лонга на этом этапе эволюции должна была существовать правосторонняя сдвиговая зона [11]. Учитывая раскрытие прогиба Де-Лонга на севере в котловину Карасика (рис. 2), можно предположить, что его образование происходило синхронно с последней, по причине небольшого по амплитуде перемещения указанного массива от СХЛ.

Последний этап тектоно-магматической активизации в регионе связан с раскрытием Евразийского бассейна, что отображено на серии актуализированных [8] палинспастических реконструкций (рис. 3). Приблизительно 53 млн л.н. СОХ Гаккеля достиг области, представляющей собой сложный узел сопряжения герцинид Таймыро-Северозевельской покровно-складчатой области (ТСПО) и мезозоид Верхоянского складчатого пояса и НЧПС, разделенных Южно-Анюйской сутурой. Далее продвижение происходило по ослабленной зоне – приблизительно по шву между ТСПО и НЧПС, с проникновением внутрь Верхоянского складчатого пояса близ края Сибирской платформы (рис. 3б). СОХ Гаккеля в процессе аккреции океанической коры удалялся от Баренцево-Карской окраины, и центры растяжения в Лаптевоморском регионе также со временем мигрировали в восточном направлении [8, 12]. В результате этого процесса постепенно формировалась Лаптевоморская рифтовая система (рис. 3в–3е).

В отличие от центрального сегмента ХЛ, в сибирский его сегмент практически не трассируются поперечные разрывные нарушения из Евразийского бассейна, заканчиваясь в области ПКО (рис. 2). Многочисленные сбросы, сформировавшие западный борт СХЛ, ограничиваются поперечными нарушениями, заложенными, по-видимому, на предыдущих этапах эволюции. Следов существования гипотетической Хатангско-Ломоносовской трансформной зоны и признаков обстановок транстенсии [10, 12] установить не удается. Полученные результаты демонстрируют, что ХЛ вместе с примыкающими с востока структурами Амеразийского бассейна при отодвигании от Баренцево-Карской окраины не испытал перемещения относительно смежной части АКОЕ, что и предполагалось некоторыми исследователями ранее [3, 4, 7, 8, 15]. Граница между Евразийской и Северо-Американской плитами оформилась по хребту Гаккеля, а южнее – приобрела диффузный характер внутри Лаптевоморской системы рифтов.