Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2023, T. 509, № 1, стр. 62-68

Влияние геодинамически активных процессов северо-западного обрамления Евразии на Арктические шельфы России выражается в сейсмичности, неотектонических нарушениях осадочного разреза, в особенности его верхней части, и во многих других факторах [1–3]. Детекция новейших и современных тектонических смещений дна в глубоководном обрамлении шельфа Баренцева может достоверно быть выполнена по данным сейсморазведки и особенно высокочастотного сейсмоакустического профилирования, в котором вертикальное разрешение может составлять менее 1 м. Плотность этого вида геофизических наблюдений в глубоководных частях акватории невелика и при выявлении на разрезах разломов между ними остаются значительные пространства, не представленные данными, трассировка нарушений в которых является проблематичной. Современные цифровые модели рельефа (ЦМР) дна Арктики IBCAO [4] среднего масштаба (1:250 000 и мельче) не содержат пустот, что создает возможность трассировки нарушений по морфометрическим характеристикам рельефа. Этот подход дает достоверные результаты исключительно в совокупности с сейсмическими данными, подтверждающими связь аномалий морфометрии с разрывными нарушениями. Поскольку плотность сейсмических данных и результатов их интерпретации на шельфе Баренцева моря велика, для Российской части акватории проведено их сравнение с рельефом через морфометрический анализ. Это создает основу применения такого подхода к исследованию неотектоники в акваториях, менее изученных сейсморазведкой.

Большинство линеаментов в рельефе являются поверхностным выражением приповерхностных и глубинных разломов, структурных образований разного генезиса, размера, возраста и глубины. На сегодняшний момент существует ограниченное количество работ, связанных с морфометрическим анализом форм рельефа, характерных для тектонических структур и процессов [5–8]. Единичные работы посвящены идентификации тектонических структур в подводном рельефе с помощью морфометрии [9, 10].

В настоящей работе для анализа использована актуальная ЦМР IBCAO [4] на сетке 200 м. Морфологическими признаками разломов являются линейные структуры в рельефе, а также структурные различия в рельефе на соседних доменах, ограниченных разломной сетью. Выделенные по морфометрическим атрибутам рельефа дна наиболее вероятные разломные структуры сравниваются с разломами, подтвержденными прямыми сейсмическими наблюдениями. На рис. 1 представлена карта генеральной кривизны (General Curvature), рассчитанная в ПО SAGA [11] по сглаженной в скользящем окне 5 км ЦМР IBCAO. Необходимость сглаживания состоит в том, что данная ЦМР является комбинацией обычных промеров, данных навигационных карт, альтиметрии с отдельными фрагментами детальной многолучевой батиметрии. Это создает артефакты на карте с пространственно неоднородной точностью данных, которые необходимо исключить из интерпретации. На рис. 1 также приведены разломные сети по данным масштаба 1:5 000 000 [12] и по данным листа T-37-40 геологической карты масштаба 1:1 000 000 [13] с разделением по кинематическому типу, построенных по данным 2D-сейсморазведки. Анализ различных атрибутов, реализованных в ПО SAGA, показал, что в сопоставлении с разломами наиболее контрастным вариантом расчета является генеральная кривизна, которая представляет собой комбинацию вторых производных рельефа по обеим пространственным координатам.

Рис. 1.

Карта морфометрического атрибута “генеральная кривизна” Баренцева моря, рассчитанная по данным IBCAO [4] в ПО SAGA [11], разломные сети масштаба 1:5 000 000 по данным [12] и 1:1 000 000 по данным листа Т-37-40 [13] с разделением по кинематическому типу. Буквами показаны домены в поле атрибута: А – с хаотичной текстурой, Б – с осветленной текстурой. Цифрами даны положения сейсмических разрезов на соответствующих рисунках.

Сопоставление генеральной кривизны с достоверно установленной по данным сейсморазведки разломной сетью, приведенной на изданных картах (см. рис. 1), показывает, что последняя разграничивает дно на домены с различием в характере атрибута. Наблюдаются домены с интенсивной хаотичной текстурой, большая часть которых сосредоточена в зонах между левосдвиговыми дислокациями северо-западной ориентации от центральной части Баренцева моря до верховьев трога Св. Анны на северо-востоке. В меньшей степени выражены домены с осветленной текстурой. Пересечение сдвига и хаотичного домена показано на разрезе рис. 2. Разрез содержит две отрицательные цветковые структуры, приповерхностное оперение которых выходит на поверхность дна. Главный сдвиговый разрыв уходит глубже триасового отражающего горизонта А₃(Т₃). В центральной части разреза в верхних 800–900 мс между двумя сдвиговыми структурами видны множественные дислокации, не только выходящие на поверхность, но и формирующие на дне небольшие положительные формы рельефа амплитудой от 10 до 25 м. Это указывает на современный возраст разрывных нарушений, смещающих мезозойские осадочные комплексы в режиме транстенсии, и их рельефообразующую роль. Вторичные нарушения могут быть проявлены во всем хаотичном домене между длинными сдвигами (см. рис. 1). Отложения донных потоков, приспосабливающихся к разломной сети, могут усиливать их рельефообразующий эффект.

Рис. 2.

Фрагмент разреза ОГТ TF102 в северной части Баренцева моря, пересекающий зону сдвиговых дислокаций северо-западной ориентации. Сплошными красными линиями показано оперение отрицательных цветковых структур, выходящее к поверхности дна. Пунктирными красными линиями показаны главные сдвиговые дислокации. Положение фрагмента показано на рис. 1.

Атрибут кривизны на северном обрамлении шельфа четко показывает борта трогов, выходящих к бровке шельфа. В Норвежской части Баренцева моря видны домены с хаотичной текстурой атрибута с линейными элементами (см. рис. 1), ориентированными в северо-восточном направлении и соответствующими известной системе трогов в этой части шельфа. На севере Российской части эти элементы подтверждены разломной сетью, вынесенной на карты среднего масштаба (см. рис. 1). В южной Российской части шельфа также наблюдаются домены с разной текстурой. Кроме этого, на карте [13] проведена разломная сеть северо-западной ориентации, аналогичной северной части акватории. Часть этих разломов, показанных на карте, не имеет сплошной трассировки через Южную часть Баренцева моря. Тем не менее глубинные разрезы (рис. 3) и высокочастотные профили (рис. 4) показывают признаки тектонических нарушений с выходом на поверхность дна на предполагаемой линии продолжения разлома к юго-западному окончанию Новой Земли. Особо отметим, что высокочастотный разрез (см. рис. 4) в окрестностях разлома содержит увеличение интенсивности рефлектора, находящегося на глубине ~6 м под дном, что вероятно указывает на скопление свободного газа, который по данному разлому поступает. Не исключена и другая интерпретация увеличения интенсивности, связанная с механическим разрушением в зоне разлома субгоризонтальной границы на глубине 363 мс, имеющей, скорее всего, мерзлотный генезис и служащей флюидоупором.

Рис. 3.

Фрагмент разреза ОГТ KS103 в южной части Баренцева моря по данным [19], пересекающий зону предполагаемых дислокаций северо-западной ориентации. Сплошными красными линиями показаны разломы, выходящие к поверхности дна. Положение фрагмента показано на рис. 1.

Рис. 4.

Фрагмент разреза ANS_to_W44, полученного высокочастотным профилографом в 41-м рейсе нис “Академик Николай Страхов” в южной части Баренцева моря, пересекающий зону предполагаемых дислокаций северо-западной ориентации. Сплошной красной линией показан разлом, выходящий к поверхности дна. Положение фрагмента показано на рис. 1.

Система разломов северо-западной ориентации с очевидными признаками неотектонической активности охватывает всю акваторию Баренцева моря. По данным [14, 15], схема девонско-триасовой рифтовой системы и ее юрско-меловая активизация имеют систему трансформных смещений, пространственная ориентация которых совпадает с разломами, выделенными на картах [12, 13]. Это указывает на генетическую связь областей современной неотектоники с палеозойскими и мезозойскими структурными неоднородностями, но поднимает вопрос о геодинамическом механизме воздействия на плиту с блоковым строением в настоящее время.

По данным [3], геодинамически активное обрамление шельфа Баренцева моря (хребты Книповича и Гаккеля) с переменным во времени сейсмическим циклом формирует деформационные волны, которые, распространяясь от двух взаимно перпендикулярных дивергентных зон, воздействуют на шельф. Кроме этого, исходя из постулата о том, что одним из “двигателей” тектоники плит является давление со стороны хребта, на шельфе имеет место суперпозиция двух источников давления. Они могут влиять на внутриплитную динамику, активизируя систему разломов, расположенную под углом ~45° к обоим направлениям распространения деформационных волн.

Другим фактором геодинамики является наличие аномально горячей мантии под архипелагом Шпицберген и его окрестностями. Это подтверждается рифтогенными значениями теплового потока, измеренного в троге Орли в 25-м рейсе НИС “Академик Николай Страхов” [16]. Из рис. 5 а по форме изоповерхности сейсмических скоростей 8.3 км/с видно, что северо-западная часть Свальбардской плиты до глубин 250 км имеет полость с пониженными значениями скоростей, ориентированную в северо-восточном направлении. На юго-западном обрамлении архипелага Земля Франца Иосифа (рис. 5 б) на поверхности этой полости проявлена плотная сеть разломов северо-восточной ориентации, которые по данным интерпретации опорного разреза 4-АР [17] также выходят на поверхность дна. Это указывает на то, что динамика плиты с блоковым строением, кроме стандартных факторов тектоники плит, подвержена влиянию относительно более прогретой и подвижной области мантии, которая дополнительно воздействует на сложившуюся разломную сеть, а также проявлена четвертичным вулканизмом на Шпицбергене [18]. Изоповерхность рис. 5 а имеет небольшие углубления с северо-западной ориентацией, а также отчетливое ответвление низкоскоростной полости к Кольскому полуострову под высокоскоростным “козырьком” на глубине ~75 км под сводом Федынского.

Рис. 5.

Глубинное строение Баренцева моря по сейсмотомографическим данным [20]. а – 3D-блок-диаграмма изоповерхности скорости Р-волн со значением 8.3 км/с в интервале глубин от 250 км до поверхности. б – карта распределения скоростей Р-волн на глубине 50 км, разломные сети масштаба 1:5 000 000 по данным [12] и 1:1 000 000 по данным листа Т-37-40 [13] с разделением по кинематическому типу.

Сопоставление разломной сети со скоростным срезом мантии на глубине 50 км (см. рис. 5 б) показывает, что нарушения с неотектонической активностью достаточно четко сегментируют скоростные неоднородности как в северо-западном, так и в северо-восточном направлении. Это указывает на подвижность блоков плиты вплоть до глубинных областей, приводящую к неотектоническим деформациям на поверхности. В связи со сдвиговой кинематикой многих разломов вопрос о механизме тангенциального воздействия на блоки плиты, формирующего сколы с углами ~45° к геодинамически активным зонам обрамления Баренцева моря, остается открытым.

Таким образом, анализ глубинного скоростного строения мантии, разломной сети и морфометрии рельефа дна Баренцева моря показал наличие связи реологически неоднородных и подвижных блоков верхней мантии и консолидированной части земной коры с разломной сетью глубинного заложения, выходящей на поверхность дна и являющейся рельефообразующим фактором, формирующим характерные домены с разной текстурой в отображении морфометрического атрибута “генеральная кривизна”. Подтверждена причинно-следственная цепочка тектонических процессов от глубинных разделов литосферы к поверхности.