Геоморфология и палеогеография, 2020, № 2, стр. 50-59

Рельеф подводной возвышенности Первенец (Японское море)

В. Н. Карнаух 1*, А. А. Коптев 1, Е. Н. Суховеев 1, В. П. Матюхов 1, К. А. Апарина 1

1 Тихоокеанский океанологический институт имени В.И. Ильичева ДВО РАН
Владивосток, Россия

* E-mail: karnaukh@poi.dvo.ru

Поступила в редакцию 24.07.2018
После доработки 30.11.2018
Принята к публикации 17.12.2019

Полный текст (PDF)

Аннотация

В результате батиметрических исследований, включая съемку с многолучевым эхолотом, составлена карта рельефа дна части Японского моря в районе возвышенности Первенец. Длина последней составляет 60 км, а ширина – 45 км. Возвышенность состоит из двух субмеридиональных хребтов – западного и восточного. На основе комплексного использования батиметрических и одноканальных сейсмоакустических данных установлено, что на возвышенности имеются многочисленные свидетельства проявления позднекайнозойской (предположительно плиоцен-плейстоценовой) тектоно-магматической активизации. Результаты данного процесса проявляются здесь в виде комплекса вулканических объектов: многочисленных (37) вулканов, лавовых потоков, кальдеры и побочных кратеров. Высота вулканов достигает 300 м, а их диаметр составляет 0.3–2.0 км. Обнаружены различия в строении западного и восточного хребтов возвышенности. На западном хребте располагается вулкан линейного типа длиной около 22 км и шириной около 3 км. На восточном хребте находится вулкан центрального типа с кальдерой диаметром около 4 км. Вокруг кальдеры обнаружены три кольца сателлитных вулканических построек, что может указывать на несколько этапов активизации вулкана на восточном хребте возвышенности. Установлено, что гора Петра Великого соответствует северной, а гора Сибирь – южной вершинам западного хребта возвышенности Первенец.

Ключевые слова: Японское море, возвышенность Первенец, гора Петра Великого, гора Сибирь, рельеф дна, многолучевой эхолот, вулканы

ВВЕДЕНИЕ

Японское море является одним из задуговых бассейнов, расположенных в зоне сочленения азиатского континента и Тихого океана. В пределах моря выделяются три глубоководные котловины (рис. 1, а): Японская (Центральная), Ямато (Хонсю) и Цусимская [37]. Подводная возвышенность Первенец расположена в северо-западной части Японского моря и характеризуется наибольшими размерами среди гор и хребтов его котловины [6]. Впервые ее контуры были показаны на батиметрической карте, составленной по результатам эхолотного промера в экспедициях НИС “Витязь” в 1950–1955 гг. [8]. Применительно к данной морфоструктуре в англоязычной литературе используются и другие названия: гора Сибирь [3, 6, 9] и, редко, – гора Петра Великого [3]. Согласно сведениям, приведенным в работе [3] и на сайте географических информационных систем “Морские регионы” [10], вершина горы Сибирь располагается в точке с координатами 41°45' с.ш., 132°25' в.д. Поблизости от этого места, в точке с координатами 42°00' с.ш., 132°15' в.д. находится вершина, именуемая горой Петра Великого [3, 10]. Но в списке наименований форм подводного рельефа Мирового океана (Газетир GEBCO 2010 г.) оба эти названия отсутствуют [11]. В русскоязычной литературе общеупотребительным является наименование “возвышенность Первенец” [2, 4, 5, 7], которое впервые было использовано в 1975 г. в работе [12] и присвоено данному объекту сотрудниками Тихоокеанского океанологического института в честь первого одноименного научно-исследовательского судна ДВНЦ АН СССР, на котором в 1969 г. было начато исследование дна Японского моря.

Рис. 1.

Местоположение района работ (а) в Японском море (показано прямоугольником, батиметрия GEBCO [1]) и расположение профилей эхолотного промера (б) в районе возвышенности Первенец, полученных с помощью судовых однолучевых эхолотов (показаны тонкими линиями) и полигона работ (обозначен прямоугольником) с многолучевым эхолотом SeaBeam 3050 (батиметрия из [2]).

Изучение геологического строения возвышенности Первенец началось в первой половине 1970-х годов [4, 12]. Установлено, что она представляет собой отторгнутый в процессе рифтогенного раскрытия впадины Японского моря фрагмент континента, сложенный породами мезозойского возраста, на котором с конца раннего и до конца позднего миоцена происходили пострифтовые вулканические извержения базальтов повышенной щелочности [4, 13]. Возвышенность частично покрыта морскими осадочными отложениями мощностью до 1000 м, накопление которых началось в среднем миоцене [2]. Планомерное изучение рельефа дна северо-западной части Японского моря проводится с 1990 г., а первая карта рельефа возвышенности, отражающая основные черты ее строения, представлена в 2005 г. в работе [2]. Тем не менее сохраняется необходимость продолжения исследования рельефа возвышенности, на которой располагаются наложенные вулканические постройки, количество которых неизвестно, а их строение мало изучено. Знание морфологии вулканов и окружающих их участков возвышенности необходимо для понимания строения этой обширной вулканической провинции, располагающейся поблизости от Владивостока. Кроме того, возвышенность является уникальным геологическим объектом, на котором имеется разрез морских среднемиоцен-четвертичных осадков, отражающих основные этапы эволюции Японской котловины, а детальные знания ее рельефа крайне важны для выполнения точного отбора образцов осадков и коренных пород. Также знание рельефа дна необходимо для выполнения корректного моделирования океанических процессов и оценки движения водных масс в этом районе. За прошедшее время накоплен большой массив данных эхолотных промеров, имеющих высокоточную навигационную привязку, включая результаты работ с многолучевым эхолотом [14], что дает возможность существенно уточнить рельеф дна возвышенности. Кроме того, комплексное использование батиметрических данных и результатов одноканального непрерывного сейсмоакустического профилирования (НСП) позволяет лучше понять природу основных форм ее рельефа.

Другим нерешенным вопросом является проблема упорядочения номенклатуры и наименований формы подводного рельефа в этой части Японского моря, поскольку здесь, для обозначения одного объекта одновременно используется три неофициальных названия – гора Сибирь, гора Петра Великого и возвышенность Первенец. Составление батиметрической карты этого района может позволить решить этот вопрос и выяснить, принадлежат ли эти имена различным подводным объектам или же появились с течением времени в процессе уточнения и наращивания площади исследования одной и той же, уже ранее открытой формы рельефа.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

При составлении карты рельефа дна возвышенности Первенец использованы результаты эхолотного промера, полученные во время проведения 18 геофизических экспедиций ТОИ ДВО РАН и попутного промера в 9 рейсах научно-исследовательских судов (НИС) в период 1990–2017 гг. (рис. 1, б).

При составлении карты рельефа дна использованы два набора данных. Первый из них включает результаты исследований, выполненных с применением судовых однолучевых глубоководных эхолотов “ГЭЛ–3” и “ELAC LAZ–72AV”, размещенных на НИС “Профессор Гагаринский” и “Академик М.А. Лаврентьев” соответственно. Для измерения использовалось значение скорости звука в воде 1500 м/с. Точность промеров глубины моря составляет 1% от измеренного значения. Местоположение судна в 1990 г. определялось с помощью системы спутниковой навигации “Транзит”. Позже для определения координат использовалась система спутниковой навигации с применением приемоиндикаторов GARMIN-120 и GARMIN-120XL. Второй набор данных включает результаты работ, выполненных с применением многолучевого эхолота SeaBeam 3050, производства компании ELAC Nautik (Германия-США) [14].

Высокоразрешающие сейсмоакустические исследования, необходимые для выяснения природы выделенных отдельных морфологических объектов на возвышенности были выполнены методом непрерывного сейсмического профилирования (НСП) с помощью комплекта оборудования, состоящего из одноканальной сейсмической косы длиной 65 м, устройства регистрации сейсмических сигналов и электроискрового излучателя “Соник 4М” (4.6 кДж). Работы проводились при скорости судна 6 узлов. Интервал излучения составлял 8 сек, что соответствует шагу 25 м. Длина записи составляла 0.6 с.

РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Имеющийся массив батиметрических данных был использован для составления карты рельефа дна части Японского моря в районе возвышенности Первенец (рис. 2, а). Окружающий возвышенность участок Японской котловины представляет собой слабо наклоненную на юго-восток равнину. Глубина моря увеличивается в этом направлении от 2900 до 3450 м. К северу и западу от возвышенности в котловине находятся несколько эрозионных каналов глубиной десятки метров, по которым выносится осадочный материал с сопредельной суши. Возвышенность Первенец изобатой 2650 м замыкается в отдельное поднятие, состоящее из двух субмеридиональных хребтов – западного и восточного. Хребты разделены седловиной, расположенной на глубине около 2000 м. Длина возвышенности составляет 60 км, а ширина – 45 км. Между основанием материкового склона и возвышенностью в интервале глубин 2650–2800 м располагается узкое пологое подводное поднятие, возвышающееся над окружающим дном на высоту около 150 м. Данное поднятие сложено осадочными отложениями, перенесенными по эрозионным каналам с сопредельного шельфа и отложенными под действием течений [2]. Возвышенность характеризуется крутыми склонами, отделяющими ее от абиссальной равнины Японской котловины, на ее вершине участки относительно ровного дна чередуются с районами интенсивно расчлененного рельефа.

Рис. 2.

Карты рельефа морского дна.

(а) – часть Японского моря в районе возвышенности Первенец. При построении карты (а) использована квадратная сетка со стороной 185 м, изобаты проведены через 100 м; треугольниками обозначено положение вершин возвышенности; цифры рядом с треугольниками – значения глубин моря над вершинами; толстая линия – положение сейсмического профиля, приведенного на рис. 3; черный квадрат – местоположение отбора пробы вулканических пород (базальт), для которой выполнено определение абсолютного возраста [13]; местоположение горы Петра Великого и горы Сибирь (звездочки) дано согласно сведениям, приведенным в [3, 10].

(б) – северо-восточная часть возвышенности Первенец. При построении карты (б) использована квадратная сетка со стороной 18.5 м, изобаты проведены через 50 м; пунктирными линиями обозначено местоположение трех дугообразных систем вулканических построек, ограничивающих кальдеру; звездочкой – местоположение центра кальдеры.

Западный хребет состоит из двух, меньших по размерам кулисообразно расположенных хребтов, соответствующих двум поднятиям фундамента мезозойского возраста [4, 5]. Седловина между последними и часть хребта к западу от нее выровнены в результате накопления чехла среднемиоцен-четвертичных осадков мощностью до 500 м [2] и располагаются на глубине около 1900 м. В южной части хребта выделяется цепочка поднятий, состоящая примерно из 15 отдельных конусообразных вершин, которые возвышаются над окружающими частями хребта на 50–300 м, а их диаметр составляет 300–800 м. Минимальное значение глубины моря для всего западного хребта отмечено над одной из вершин и составляет 1295 м. Эта цепь поднятий прослеживается в субмеридиональном направлении на протяжении около 22 км. К востоку от нее, на расстоянии 0.5–1.5 км располагаются еще два отдельных поднятия, а западнее, на расстоянии около 2 км, еще одно. Все они имеют размеры, сходные с поднятиями в основной цепочке. Геологическое драгирование, выполненное на одной из конусообразных гор в интервале глубин 1800–1580 м (рис. 2, а), показало, что она является вулканом, сложенным базальтами, радиоизотопный возраст которых равен 13.1 ± 0.7 млн лет [13]. Это позволяет утверждать, что и остальные горы на западном хребте также являются вулканическими постройками. Морфологические особенности строения западного хребта указывают на то, что он может быть частью крупной линейной вулканической постройки, обладавшей протяженным подводящим каналом в виде трещины.

Восточный хребет имеет в плане форму треугольника. Наиболее широкой и высокой является его северная часть, где ширина хребта достигает 27 км. Отмеченные здесь значения глубины моря – 940 м – самые минимальные в районе всей возвышенности. В южном направлении хребет сужается до 8–10 км; он имеет относительно ровную поверхность, сглаженную в результате накопления здесь чехла неоген-четвертичных осадков толщиной до 600 м [2], и только на его северном и южном окончаниях выделяются многочисленные конусообразные поднятия. Наиболее хорошо изучено строение северной и центральной частей этого хребта, исследованных с использованием многолучевого эхолота SeaBeam 3050 (рис. 2, б).

В северной части хребта выявлено 16 конусообразных поднятий высотой от 100 до 300 м, имеющих, как правило, округлую в плане форму, и являющихся, по-видимому, также вулканическими постройками. Мы полагаем, что данные поднятия могут быть разделены на три отдельные группы, каждая из которых располагается на дугах окружности различного диаметра, с общим центром в кальдере – в точке с примерными координатами 41°57.0' с.ш., 132°31.5' в.д. Первая – внешняя – система поднятий располагается на северо-западной части дуги окружности диаметром 9.6 км. Здесь поднятия имеют диаметр от 400 до 1000 м и высоту до 200 м. Отметки их вершин находятся в диапазоне от 1070 до 1270 м. Как правило, от поднятий отходят радиально ориентированные наружу протяженные и пологие хребты длиной до 4–5 км и шириной до 700 м. Высота их достигает 100 м. Хребты имеют изогнутую или извилистую форму, а их вершинная поверхность – бугристый рельеф (рис. 3). Амплитуда неровностей составляет первые десятки метров. По нашему мнению данные хребты соответствуют лавовым потокам, сформировавшимся в результате извержений. На потоках отсутствуют современные осадки (рис. 3), что может указывать на относительно недавние излияния лав. Вторая – средняя – система поднятий располагается на западной половине дуги окружности диаметром 6.5 км. Эти поднятия имеют диаметр от 1500 до 2000 м и высоту до 250 м, отметки их вершин находятся в диапазоне от 940 до 1060 м. С юга к одной из вулканических построек примыкает лавовый поток протяженностью 2 км. Третья – внутренняя – система поднятий располагается на окружности диаметром 4.3 км. Здесь поднятия имеют диаметр от 500 до 1300 м и высоту до 220 м, отметки вершин поднятий находятся в диапазоне от 1080 до 1220 м; лавовые потоки не обнаружены.

Рис. 3.

Пример сейсмоакустического профиля, иллюстрирующего строение восточного хребта возвышенности Первенец. Местоположение профиля показано на рис. 2 (а). Вертикальными стрелками обозначены вулканы.

В центральной части этих дугообразных систем поднятий располагается крупная, воронкообразная депрессия диаметром около 4 км (рис. 2 (б), 3). Дно депрессии слабо наклонено на юго-восток (от 1300 до 1500 м) и постепенно соединяется с восточным склоном хребта. Депрессия заполнена хорошо стратифицированными осадками мощностью около 150 м; в СВ ее части осадки имеют признаки внутренних деформаций, тогда как в ЮВ части они, как правило, не деформированы. Можно предположить, что данная структура представляет собой кальдеру, в которой в настоящее время продолжаются слабые поствулканические процессы (проседание ложа, обрушения склонов). Центр ее, по-видимому, является и центром описанных систем вулканических поднятий.

С восточной стороны к кальдере примыкает небольшая корытообразная депрессия, глубиной до 300 м, ориентированная в ВЮВ направлении – примерно перпендикулярно восточному склону хребта (рис. 2, а). Днище депрессии находится в интервале глубин 1800–2400 м, ее длина достигает 7 км, а ширина увеличивается в направлении вниз по склону от 2 км до 3 км. К югу от данной структуры на расстоянии 13 и 22 км располагаются еще две чашеобразных депрессии (рис. 3 ). Их диаметр составляет 2–3 км, а глубины – 80–150 м, на их бортах видны следы обрушения и оползания. Осадки в депрессиях характеризуются наличием активных внутренних постседиментационных деформаций, обрушением и оползанием на их бортах. На основании этого можно предположить, что данные впадины соответствуют побочным кратерам, сформированным относительно недавно, предположительно в плиоцен-плейстоценовое время в результате нескольких эпизодов взрывной деятельности: в них сохранились слабые поствулканические процессы. В пределах южной части восточного хребта возвышенности Первенец на глубине около 2200 м выделены три конусообразные вулканические постройки высотой около 100 м и диаметром около 1000 м (рис. 3 ).

Наличие кальдеры на вершине восточного хребта возвышенности Первенец и побочных кратеров на его склонах дает основание предположить, что данная вулканическая постройка может быть отнесена к аппарату центрального типа, извержения которого имели взрывной характер. Отдельные вулканические постройки вокруг кальдеры, по-видимому, являются “сателлитными” на теле главного вулкана. По результатам предшествующих геологических исследований установлено, что наложенные вулканические постройки на западном хребте возвышенности Первенец были образованы в раннем и среднем миоцене [4, 13]. Геологическое драгирование на вулканических постройках вершинной части восточного хребта не производилось. Принимая во внимание отсутствие осадочных отложений на вершинах сателлитных вулканов, их склонах и в седловинах между ними, в также отсутствие осадков на примыкающих к ним лавовых потоках, можно предположить, что данные вулканические объекты были сформированы гораздо позже основного этапа вулканизма (ранний и средний миоцен). Для грубой оценки времени извержения вулканов на восточном хребте и времени образования кальдеры можно воспользоваться вычислением возраста, используя данные о мощности осадочных отложений на возвышенности и о времени начала отложения здесь осадков. Известно [2], что наиболее древние осадки возвышенности Первенец имеют возраст 14.9–13.1 млн. лет, а средняя мощность осадков около 600 м. Тогда примерная средняя скорость осадконакопления на возвышенности может составлять порядка 40–45 мм/1000 лет. Кальдера вулкана заполнена осадками мощностью около 150 м. В этом случае вулканическая активность в кальдере ослабла, и она начала заполняться осадками примерно 3.5 млн. лет назад, т.е. в середине плиоцена. Принимая во внимание наличие на возвышенности не скомпенсированных осадконакоплением побочных кратеров можно предположить, что вулканическая активность продолжалась здесь до конца плиоцена, а вероятно, и в плейстоцене. На склонах возвышенности Первенец широко распространены оползневые тела, что по-видимому указывает на неустойчивость осадконакопления, возможно, в результате извержений в плиоцен-плейстоценовое время или пострифтового погружения хребтов возвышенности, происходившего в период со среднего миоцена до раннего плиоцена [2].

Сопоставление местоположения гор Петра Великого и Сибирь [3, 10] с картой рельефа дна возвышенности Первенец (рис. 2, а) показывает, что они располагаются на периферии возвышенности – на склонах ее западного хребта на глубине около 2700 м. При этом здесь отсутствуют конкретные морфологические объекты, которым они могут однозначно соответствовать, но, учитывая возможную ошибку в определении координат в 1950–1960 гг., можно предположить, что данные горы могут сопоставляться с отдельными вершинами северной и южной оконечностей западного хребта возвышенности Первенец. То есть эти наименования – гора Петра Великого и гора Сибирь – появились в процессе исследования отдельных полигонов западной части возвышенности Первенец в условиях отсутствия в то время представления о наличии здесь обширного единого подводного поднятия.

ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Получены новые батиметрические данные, включая результаты съемки многолучевым эхолотом, позволившие существенно уточнить рельеф дна и составить батиметрическую карту части Японского моря в районе возвышенности Первенец. На основе комплексного использования батиметрических и сейсмоакустических данных установлено, что на возвышенности имеются многочисленные свидетельства проявления позднекайнозойской тектоно-магматической активизации. Результаты данного процесса проявляются здесь в виде комплекса вулканических объектов, в том числе и взрывной природы – многочисленных (37) вулканов, лавовых потоков, кальдеры и побочных кратеров. Высота вулканов достигает 300 м, а их диаметр составляет 0.3–2.0 км. Обнаружены различия в строении западного и восточного хребтов возвышенности. На западном хребте располагается вулкан линейного типа длиной около 22 км и шириной около 3 км. На восточном хребте находится вулкан центрального типа скальдерой диаметром около 4 км. Установлено существование трех колец сателлитных вулканических построек вокруг кальдеры, что может указывать на несколько этапов вулкано-тектонической активизации плиоцен-плейстоценового возраста.

Упорядочено наименование форм подводного рельефа этой части Японского моря. Установлено, что выделенные в этом районе ранее горы Петра Великого и Сибирь соответствуют северной и южной вершинам западного хребта возвышенности Первенец.

Список литературы

  1. GEBCO Digital Atlas. Version 2.0 // British Oceanographic Data Centre on behalf of the Intergovernmental Oceanographic Commission and the International Hydrographic Organization, 2003. (Электронное изд-е)

  2. Карнаух В.Н., Карп Б.Я., Цой И.Б. Сейсмостратиграфия осадочного чехла и процессы осадконакопления на возвышенности Первенца и ее окрестностях (Японское море) // Океанология. 2005. Т. 45. № 1. С. 118–129.

  3. Словарь географических названий форм подводного рельефа / Агапова Г.В., Виноградова Н.В., Кашникова И.П. М.: ГИН РАН, 1993. 311 с.

  4. Геология дна Японского моря / Берсенев И.И., Леликов Е.П., Безверхний В.Л., Ващенкова Н.Г., Съедин В.Т., Терехов Е.П., Цой И.Б. Владивосток: ДВНЦ АН СССР, 1987. 140 с.

  5. Геологическая карта дна Японского моря. Масштаб 1 : 2 500 000 / Ред. Берсенев, И.И., Красный Л.И. Л.: ВСЕГЕИ, 1988.

  6. Tamaki K. Geological structure of the Japan Sea and its tectonic implications // Bull. Geol. Surv. Japan. 1988. Vol. 39(5). P. 269–365.

  7. Цой И.Б., Карнаух В.Н., Леликов Е.П. Наименования подводных морфоструктур Японского моря – история и современные проблемы // Океанология. 2013. Т. 53. № 6. С. 800–812. https://doi.org/10.7868/S0030157413060087

  8. Зенкевич Н.Л. Рельеф дна // Основные черты геологии и гидрологии Японского моря. М.: Изд-во АН СССР, 1961. С. 5–22.

  9. Gnibidenko G. The tectonics of the Japan Sea // Marine Geology. 1979. Vol. 32. No. 1/2. P. 71–87.

  10. http://www.marineregions.org/gazetteer.php?p=search.

  11. https://www.gebco.net/data_and_products/undersea_feature_names/documents/gebco_gazetteer.pdf.

  12. Берсенев И.И., Берсенев Ю.И., Леликов Е.П., Липкин Ю.С., Пущин И.К., Терехов Е.П., Филатьев Е.П. Новые данные о геологическом строении дна Японского моря (по материалам 20-го рейса НИС “Первенец”) // Геология окраинных морей Тихого океана. Владивосток: ДВНЦ АН СССР, 1975. Т. 7. С. 3–14.

  13. Леликов Е.П., Емельянова Т.А., Съедин В.Т., Аракелянц М.М., Лебедев В.А. Новые данные по радиоизотопному датированию вулканитов Японского и Охотского морей // Тихоокеанская геология. 2001. Т. 20. № 5. С. 118–122.

  14. Карнаух В.Н., Суховеев Е.Н., Коптев А.А., Зверев С.А., Белоус О.В., Лопатников Е.А., Теличко А.С., Калинчук В.В., Ищенко М.А. Комплексные океанологические исследования материкового склона и подводной возвышенности Первенца Японского моря в 67-м рейсе научно-исследовательского судна “Профессор Гагаринский” // Океанология. 2018. Т. 58. № 1. С. 162–165. https://doi.org/10.7868/S0030157418010161

Дополнительные материалы отсутствуют.