скачать книгу бесплатно
Строение и история развития литосферы
Коллектив авторов
Вклад России в Международный полярный год 2007/08
В данном – четвертом томе Трудов Международного Полярного Года (МПГ 2007/2008) отражены результаты исследований, выполненных в России, в рамках направления «Геологическая история и литосфера полярных районов».
Строение и история развития литосферы
(Главный редактор тома – Ю.Г. Леонов)
(Редакционная коллегия – В.Л. Иванов, В.Г. Каминский, Ю.А. Лаврушин, Г.Л. Лейченков, С.Д. Соколов)
Ю. Г. Леонов[1 - Геологический институт РАН, Москва]
Введение: о работах по направлению «Строение и история развития литосферы»
В данном – четвертом томе Трудов Международного Полярного Года (МПГ 2007/2008) отражены результаты исследований, выполненных в России, в рамках направления «Геологическая история и литосфера полярных районов».
Исследования велись по проектам, включенным в международную программу МПГ 2007/08, и по проектам национальным. С формальной точки зрения эти две группы проектов имеют разный статус, но по существу особых различий между ними нет: в том и другом случае работы проведены на ключевых объектах, по проблемам, представляющим интерес для решения региональных и общих проблем геологии и геофизики Арктики, а в плане финансирования – в соответствии с выделенными в той или иной организации средствами. По рассматриваемому направлению, силами организаций Российской академии наук (РАН) и Министерства природных ресурсов (МПР РФ), а точнее – входящего в его состав Федерального Агентства по недропользованию (Роснедра), было реализовано около 30 проектов. Некоторые проекты выполнялись смешанными коллективами и частично с международным участием. Из общего числа проектов 6–7 проектов относится к Антарктике, остальные – к Арктике.
Стратегическое руководство исследованиями и мероприятиями Полярного года осуществлял Национальный Оргкомитет по участию Российской Федерации в подготовке и проведении мероприятий в рамках Международного полярного года под руководством двух сопредседателей А.И. Бедрицкого – Руководителя Росгидромета и А.Н. Чилингарова – специального представителя Президента РФ по международному сотрудничеству в Арктике и Антарктике. Оперативная координационная работа выполнялась специально созданным Межведомственным научно-координационным Комитетом (МНКК), успешная деятельность которого была обеспечена Председателем Комитета И.Е. Фроловым (директором Арктического и Антарктического научно-исследовательского института), заместителем Председателя А.И. Даниловым и ученым секретарем В.Г. Дмитриевым.
Полярные исследования 2007–2008 годов в значительной части проводились под флагом МПГ 2007/08. Но не все. Здесь необходимо подчеркнуть, что кроме них были и другие – плановые работы различных организаций, формально не включенные в программы МПГ 2007/08. В данной книге, имеющей определенную направленность, они, как правило, не рассматриваются, хотя их итоги не менее важны. Вообще же результаты и достижения МПГ 2007/08, сколь бы примечательны они не были, невозможно обособить от большого и многообразного комплекса исследований, постоянно ведущихся в полярных областях. Проблемы, задачи Полярного года в большинстве своем возникли не вдруг и не на пустом месте, и по истечении Полярного года исследования не заканчиваются. Это – хоть и важный и яркий, но все-таки лишь этап в изучении полярных областей.
Что касается «года» – то это понятие в данном случае условное: на самом деле он продолжался два календарных года 2007 и 2008, а если к этому прибавить время на подготовительные мероприятия и завершающую обработку материалов, то этот срок еще увеличивается.
Знакомясь с результатами геологических и геофизических работ Полярного года, изложенными в данной книге, следует, в частности, иметь в виду, что в годы, предшествовавшие МПГ 2007/08 в России было опубликовано много работ – статей, монографий, сборников, карт, в том числе и таких, в которых подводятся итоги (не обязательно окончательные) по тем или иным направлениям и проблемам изучения Арктики и Антарктики по состоянию примерно на начало – отчасти середину первого десятилетия текущего века. Перечислить даже самые значительные из них невозможно. Но ряд работ обращает на себя особое внимание. К их числу относятся, например, подготовленные большими авторскими коллективами публикации, в которых заключена огромная информация: серия тектонических карт для краевых арктических (и дальневосточных) морей, составленных под руководством Н.А. Богданова и В.Е. Хаина, монументальные сборники – «Российская Арктика» (СПб, 2002 г.), посвященный 80-летнему юбилею И.С. Грамберга, и «60 лет в Арктике, Антарктике и Мировом океане» (СПб, 2008), посвященный 60-летию ВНИИОкеангеология.
Новые данные, полученные по проектам МПГ 2007/08, пополняют имеющуюся информацию, по ряду направлений существенно. И, что весьма важно, благодаря Полярному году удалось, с одной стороны, завершить и подвести итоги по некоторым темам и направлениям, материал по которым накапливался годами, с другой – инициировать некоторые новые важные исследования.
Данная книга дает довольно полное представление о выполненных работах и полученных результатах. Вместе с тем, написана она, если можно так сказать, «по свежим следам», и поэтому кое-что из представленных в ней материалов подлежит дальнейшей обработке и обдумыванию.
Содержание книги говорит само за себя, так что комментарии могут быть сведены к минимуму.
Материал сгруппирован в нескольких разделах; прежде всего, выделены разделы (части) по Антарктике и Арктике.
В Антарктиде выполнены сухопутные и морские исследования.
На материке изучались проблемы докембрийской геологии, были обобщены (с составлением карты) данные по подледному рельефу. Кроме того, в процессе работы по международному проекту «TEMPORE», ориентированному на составление новой тектонической карты Антарктиды (в паре с аналогичной картой для Арктики), был обобщен огромный материал и предложен синтез тектонической истории Антарктиды на уровне её современной изученности и в свете современного состояния геодинамических идей (статья: Г.Э. Грикуров и др.).
В антарктических водах проведены два цикла морских экспедиций. Один из них – экспедиции института ВНИИОкеангеология и Полярной морской геолого-разведочной экспедиции (ПМГРЭ) с участием Института Вегенера (Германия) на двух научно-исследовательских судах – «Александр Карпинский» и «Polarstern» в антарктической части Индийского океана (море Содружества, море Дейвиса, плато Кергелен). Второй цикл – экспедиции Института геохимии и аналитической химии им В.Н.Вернадского (ГЕОХИ РАН) на судне «Академик Петров» в море Скоша и в Тасмано-Антарктическом проходе. Полученные данные изложены в статьях Г.Л. Лейченкова и др. и Г.Б. Удинцева и др.
В Арктике тематика работ отличалась большим разнообразием. Из морских работ следует упомянуть цикл экспедиций Геологического института (ГИН РАН) совместно с Норвежским нефтяным Директоратом и при участии сотрудников Института геохимии и аналитической химии им. В.И.Вернадского (ГЕОХИ РАН) на научно-исследовательском судне «Академик Н.Страхов». Исследования имели комплексный характер и велись по линии нескольких проектов МПГ 2007/08. Район экспедиций располагался в северной части шельфа Баренцева моря с детальными работами на трех полигонах: в водах к юго-западу от архипелага Земля Франца Иосифа (полигон «ЗФИ»), непосредственно к востоку от о. Северо-Восточная Земля архипелага Шпицберген (полигон «желоб Орла-Стурё»), в треугольнике между архипелагом Шпицберген, о. Медвежий и хр. Книпповича (в «устье» Медвежинского желоба). Интересы лежали в области изучения малоисследованных проблем геодинамики области перехода от континента к океану с акцентом на изучении верхних горизонтов чехла, рельефа морского дна, особенностей магматизма и геотермического режима. Изучение этих элементов дополнялось выборочными исследованиями на островной суше (Шпицберген и Земля Франца Иосифа) и в Северной Атлантике (хр. Книпповича и область континентального склона).
Материалы указанных экспедиций изложены в нескольких статьях в разделе 2 «Геология и геофизика морского дна, морские экспедиции в Арктике». В этом же разделе помещена статья (О.В. Петров и др.) с описанием гранитов из донных осадков в подножье хр. Ломоносова, имеющая отношение к проблеме тектонической природы хребта.
В нескольких районах Арктики проведены (в основном, как продолжение или завершение работ прежних лет) наземные геологические и геофизические исследования. Их результаты представлены в статьях раздела 3 «Геологическое строение районов и тектонических элементов Арктики». Исследования направлены на решение крупных задач регионального характера. Но, помимо этого, полученные данные во многих случаях дают ценный материал для выводов и создания моделей более общего порядка. В большей или меньшей степени они могут быть использованы, и используются авторами, для контроля за построениями, относящимися к внутренним частям Арктического бассейна.
Сказанное относится ко многим работам по шельфовому и материковому обрамлению восточной половины Арктического бассейна, в особенности Канадской котловины, существующие схемы геологического строения которой почти все малоубедительны. Это придает особое значение работам, выполненным в группе Новосибирских о-вов (в течение МПГ 2007/08 на островах Столбовой и Бельковский) (статья: А.Б.Кузьмичев, М.К.Данукалова), материал которых использован для тестирования существующих моделей раскрытия бассейна, и на о. Врангеля, играющем важную роль в палеотектонических реконструкциях мелового Южно-Анюйского океана – одного из ключевых элементов Восточной Арктики (статья: С.Д. Соколов и др.).
К этой же категории работ, дающих материал для обсуждения дискуссионных проблем геологии Арктики, относятся: уточнение модели современной геодинамики Северного Верхоянья и моря Лаптевых – района, играющего ключевую роль в вопросе продолжения на континенте спредингового хребта Гаккеля (статья: Л.П. Имаева и др.); разработка уточненной схемы корреляции каледонских структур Атлантического сектора Арктики (проект А.М. Тебенькова); существенные уточнения, касающиеся петрохимии и хронологии формирования мезозойских магматических комплексов о-вов ЗФИ и их положения в геодинамической истории Баренцевоморской области (статья: Э.В. Шипилов, Ю.В. Карякин).
Проблемы тектоники и строения земной коры материковой части и шельфа Западной Арктики, решались в проектах, посвященных изучению района Белого и южной части Баренцева морей. Для этого района, во-первых, составлена новая тектоническая карта, акцент в которой сделан на рифейских и палеозойских рифтах – важном структурообразующем элементе коры (статья: А.С. Балуев и др), во-вторых, создана сейсмогеологическая модель литосферы по профилю ГСЗ-ОГТ, проходящему по суше и акватории Белого моря (статья: А.И.Слабунов и др.).
В плане обобщающих исследований особое место принадлежит разработке панарктических (или циркумарктических) стратиграфических схем. В течение МПГ 2007/08 силами сотрудников нескольких институтов РАН, организаций агентства Роснедра, МГУ и ряда других госуниверситетов, был выполнен очередной, если и не завершающий, то позволяющий расставит многие точки над «i» этап исследований для мезозоя. Район полевых работ охватывал полярные и приполярные территории Евразии от Шпицбергена до Новосибирских островов. Но основе полученных материалов созданы новые реконструкции палеогеографической, гидрологической и климатической ситуации на территории Арктики (статья: В.А. Захаров и др.). Одновременно сделаны серьезные шаги по увязке реперных элементов арктических (бореальных) и южных (тетических) стратиграфических схем. В частности, впервые за более чем столетний период усилий специалистов Западной Европы и Северной Америки осуществлена прямая бореально-тетическая корреляция пограничных между юрой и мелом слоев Арктики и Западной Европы.
Заметное место в отмеченных работах занимало изучение изменений климата в геологическом прошлом. Смысл такого рода работ для изучения закономерностей изменений климата, а также их влияния на окружающую среду, очевиден. Экскурсы в геологическое прошлое позволяют реконструировать не только краткосрочные (высокочастотные) флуктуации, но и долгосрочные тренды климатических изменений, помогают понять механизмы влияния климата и его изменений на биосферу, включая и человека в ранние периоды его существования. При этом Арктика с её контрастами дает в этом отношении особо интересный материал.
Кроме указанных работ, было выполнено целенаправленное исследование климата середины мелового периода по ископаемым флорам с островов Котельный и Новая Сибирь в архипелаге Новосибирских островов с применением специальных методик. Оно показало (статья: А.Б. Герман и др. в разделе 4), что в Арктике в это время существовал влажный, умеренно-теплый климат с теплыми летними температурами и мягкими зимами, благоприятный для теплолюбивых растений и некоторых групп животных, включая, например, крупных динозавров.
Несколько проектов было посвящено климату и палеогеографическим реконструкциям четвертичного периода, частично объединенных в кластеры по территориальному признаку. Соответствующие статьи составляют раздел 5 «Климат и палеогеография четвертичного периода». Предметом исследований являлись: четвертичная история седиментации на хр. Ломоносова (статья: М.А. Левитан и др.); создание новой стратиграфической схемы четвертичных отложений Новосибирских островов и Яно-Индигирской низменности (статья: А.Э. Басилян, П.А. Никольский); реконструкция палеоэкологических обстановок плейстоцена – голоцена в Кольском регионе (статья: В.Я. Евзеров и др.); создание схемы корреляции событий плейстоцена-голоцена Арктики и внеарктической области (статья Ю.А. Лаврушина).
Наиболее крупное исследование из этого цикла связано с выполнением многолетнего международного проекта «Инициальное заселение Арктики человеком в условиях меняющейся природной среды» (статья А.А. Величко и др.). В проекте участвовали несколько Институтов РАН, Российской академии медицинских наук, научные организации и университеты Норвегии, Великобритании, США, Дании. В течение МПГ 2007/08 выполнен завершающий этап работ, которые позволили не только реконструировать условия обитания и пути расселения древнего населения Северной Евразии, но и выявить корреляцию импульсов заселения и рецессии (обратной миграции) с климатическими эпохами.
В следующий раздел книги (раздел 6) вынесены статьи по некоторым общим проблемам Арктики.
На фоне позднедокембрийской – раннепалеозойской истории Западной (в основном) Арктики анализируется проблема существования палеоконтинента Арктида (статья: Н.Б. Кузнецов). Это, безусловно, очень важная проблема геологии Арктики, хотя правильнее, думается, было бы употреблять не этот введенный Л.П. Зоненшайном и его соавторами термин, а первоначальное, введенное Н.С. Шатским, название – Гиперборейский континент или Гиперборейская платформа. Так, кстати, и поступают многие современные авторы, высказывающиеся, в том числе основываясь на другом материале и других соображениях (как, например, В.Я. Кабаньков и др.), в пользу существования этого тектонического элемента.
Здесь же помещена статья, посвященная характеристике геотермического поля Западно-Арктического региона и вытекающих из его анализа выводов, включая выводы прикладного характера (статья: М.Д. Хуторской и др.). В этом перечне следует упомянуть также о реализации под руководством О.В. Петрова большого международного проекта «Атлас геологических карт циркумполярной Арктики».
В заключительном разделе (раздел 7) рассматривается проблема границы зоны экономических интересов России, известная также под названием «проблемы ВГКШ» – внешней границы континентального шельфа. Её анализу был посвящен специальный проект, завершившийся разработкой (уточнением) модели строения земной коры и реконструкцией геологической истории области Центрально-Арктических поднятий (статья: В.А. Поселов и др.). На уровне имеющегося на сегодня материала представлены аргументы в подтверждение континентальной природы коры главных тектонических элементов (поднятий) этой области и, прежде всего, хр. Ломоносова и поднятия Менделеева.
Несколько слов о совещаниях. В связи с Полярным годом было проведено довольно много совещаний, конференций, даже конгрессов (как, например, несколько сессий «Северного конгресса» в Сыктывкаре и Москве). Большинство из них включало разнообразную тематику. Но описываемому здесь геолого-геофизическому направлению были специально посвящены, как минимум, два представительных совещания. Одно из них – Тектоническое совещание «Геология полярных областей Земли» (Москва, февраль 2009 г. – с более чем 300 участниками) было организовано Межведомственным тектоническим комитетом ОНЗ РАН совместно с Федеральным агентством Роснедра и МГУ. Второе – Международная конференция «Путь на север: окружающая среда и самые ранние обитатели Арктики и Субарктики» (Москва, декабрь 2008 г. – с числом участников около 100) было организовано Институтом географии РАН; А.А.Величко). Материалы того и другого совещаний опубликованы в виде сборника статей «Геология полярных областей Земли» в двух томах (2009 г.) и коллективной монографии «Путь на север: окружающая среда и самые ранние обитатели Арктики и Субарктики» (2008 г.).
И уж раз зашла речь о публикациях, то нельзя не отметить очень полезное периодическое издание – журнал «Новости МПГ», регулярные выпуски которого были налажены Межведомственным научно-координационным Комитетом. В нем оперативно печатались статьи научного и информационного характера по широкому спектру проблем МПГ 2007/08.
В завершение данного вводного обзора хотелось бы упомянуть о двух мероприятиях особого рода, имевших место в начале Полярного года.
В определенном смысле как пролог к активности МПГ 2007/08 в нашей стране можно рассматривать высокоширотную глубоководную экспедицию к Северному полюсу, организованную А.Н. Чилингаровым в июле – августе 2007 г. Экспедиция проходила на двух судах – научно-экспедиционном судне «Академик Федоров» и атомном ледоколе «Россия» с погружением на дно Северного Ледовитого океана в подводных управляемых аппаратах МИР-1 и МИР-2. Экспедиция широко освещена в литературе, прессе, других средствах массовой информации, и повторяться не имеет смысла. Но хотелось бы напомнить о том большом резонансе, который она вызвала в России и за рубежом. Она продемонстрировала возможности страны, Российской академии наук, в составе которой функционируют МИРы, привела к всплеску общественного и научного интереса к Арктике, стимулировала активность в её исследовании.
Задачи экспедиции, помимо погружения на дно океана в точке Северного Полюса, в основном были связаны с гидрографией, метеорологией, изучением ледяного покрова и т. п. Объем геологических и геофизических исследований был скромным. Тем не менее, и в этой области удалось получить некоторые важные данные. Наиболее интересный результат, уже отмеченный выше, связан с исследованием донных осадков из района подножья хр. Ломоносова вблизи Северного полюса. В них обнаружены мелкие обломки гранитов архейского возраста, источником которых, скорее всего, является хр. Ломоносова. Эти данные могут иметь критическое значение для определения типа коры в хр. Ломоносова, с чем, в свою очередь, связано обоснование границ зоны экономических интересов России.
Второе мероприятие, не столь яркое, но хронологически связанное с Полярным годом – экспедиция в Антарктиду к Полюсу недоступности, организованная шведским предпринимателем, путешественником и ученым Фредериком Паулсеном (опускавшимся на дно Ледовитого океана во время вышеупомянутой экспедиции А.Н. Чилингарова в составе экипажа глубоководного аппарата «МИР-2»). Это, не научное и к тому же, в отличие от предыдущего, не получившее широкого резонанса, событие, заслуживает упоминания по той причине, что имеет прямое отношение к одной из знаменательных вех в истории российских антарктических исследований. Экспедиция носила мемориальный характер: она была задумана в ознаменование 50-летия покорения Полюса недоступности Советской антарктической экспедицией в 1958 г. От Российской академии наук в экспедиции Ф. Паулсена участвовали В.Е. Фортов и Ю.Г. Леонов. Мемориальный поход состоялся в первой половине января 2008 года. Как и пятьдесят лет назад, он был выполнен в санно-тракторном варианте по маршруту технически более простому, но более высотному (3000 м и выше). Исходным пунктом был Южный полюс. План Ф.Паулсена был реализован, хотя из-за поломки вездехода санно-тракторный поезд с участниками экспедиции вынужден был остановиться, несколько не дойдя до Полюса недоступности, и акция была завершена с помощью авиации.
Г.Л. Лейченков[2 - Всероссийский научно-исследовательский институт геологии и минеральных ресурсов Мирового океана имени академика И.С. Грамберга (ВНИИОкеангеология), г. Санкт-Петербург, Россия], Ю.Б. Гусева[3 - Полярная морская геологоразведочная экспедиция (ПМГРЭ), г. Санкт-Петербург, г. Ломоносов, Россия], В.В. Гандюхин[4 - Полярная морская геологоразведочная экспедиция (ПМГРЭ), г. Санкт-Петербург, г. Ломоносов, Россия], К. Голь[5 - Институт Альфреда Вегенера, г. Бремерхафен, Германия], С.В. Иванов[6 - Полярная морская геологоразведочная экспедиция (ПМГРЭ), г. Санкт-Петербург, г. Ломоносов, Россия], А.В. Голынский[7 - Всероссийский научно-исследовательский институт геологии и минеральных ресурсов Мирового океана имени академика И.С. Грамберга (ВНИИОкеангеология), г. Санкт-Петербург, Россия], А.Ю. Казанков[8 - Полярная морская геологоразведочная экспедиция (ПМГРЭ), г. Санкт-Петербург, г. Ломоносов, Россия]
Тектоническое развитие земной коры и формирование осадочного чехла в антарктической части Индийского океана (море Содружества, море Дейвиса, плато Кергелен)
Аннотация
В статье рассматриваются основные результаты морских геофизических исследований, выполненных по международному проекту МПГ 2007–2008 гг. в районе южной части плато Кергелен (Антарктика) в течение двух полевых сезонов 2007 и 2009 гг. (в 2007 г. работы проводились совместно с институтом Альфреда Вегенера, Германия). На основании проведенных исследований выявлены основные тектонические провинции района работ, установлена природа южной части вулканического плато Кергелен, предложены новые геодинамические модели раннего этапа раскрытия Индийского океана, выполнен детальный сейсмостратиграфический анализ осадочного чехла, выявлены обстановки осадконакопления и особенности терригенной седиментации в период антарктического оледенения.
Введение
В начале 2007 г. в антарктической части Индийского океана были выполнены совместные российско-германские геофизические исследования по проекту 3-го международного полярного года (МПГ 2007/2008 гг.) «История геодинамического развития, осадконакопления и изменений природной среды бассейна моря Содружества и южной части плато Кергелен (Восточная Антарктика)». В осуществлении проекта с российской стороны принимали участие специалисты ПМГРЭ и ВНИИОкеангеология, а со стороны немецких партнеров – ученые из Института Альфреда Вегенера (AWI) и Института геонаук и природных ресурсов Германии (BGR). Работы проводились с использованием двух научно-исследовательских судов НИС «Академик Александр Карпинский» (ПМГРЭ) и НИС «Поларштерн» (AWI). Площадь исследований охватывала акватории моря Содружества, восточной части котловины Эндерби, трога Принцессы Елизаветы и юго-западной части плато Кергелен (рис. 1).
Основными научными задачами исследований по проекту являлись: 1) изучение механизма, геометрии и продолжительности растяжения континентальной коры; 2) изучение структурных параметров, физических свойств и взаимоотношения рифтогенной континентальной, океанической и утолщенной магматической коры района плато Кергелен; 3) идентификация границы между корой континентального и океанического типов и реконструкция истории раннего спрединга морского дна Индийского океана; 4) определение природы земной коры южной части плато Кергелен; 5) реконструкция обстановок осадконакопления на континентальной окраине Антарктиды в мезозойско-кайнозойское время.
В состав совместных исследований входили: многоканальное сейсмическое профилирование методом общей глубинной точки (МОГТ), сопровождаемое измерениями гравитационного и магнитного поля, глубинные сейсмические зондирования (ГСЗ) с использованием подводных трехкомпонентных сейсмостанций (выполнялись немецкими специалистами), широкоугольное сейсмическое профилирование с одновременным использованием двух судов и аэромагнитные съемки с вертолета, размещавшегося на НИС «Поларштерн». В 2009 г. российские ученые продолжили исследования по проекту МПГ, изучив акваторию, расположенную к востоку от района совместных российско-немецких работ, которая включала юго-восточную часть плато Кергелен, море Дейвиса и глубоководную котловину Лабуан (рис. 1). Необычно суровая для антарктического лета ледовая обстановка, которая сложилась в период проведения работ в обоих полевых сезонах, не позволила выполнить геофизические наблюдения на шельфах, как это планировалось (южные окончания профилей, выполненных в 2007 и 2009 гг. фактически оконтуривают северную кромку ледяных полей; рис. 1).
Рис. 1. Схема сейсмических исследований в море Содружества, море Дейвиса и южной части плато Кергелен. 1–4 – профили ОГТ, выполненные экспедициями СССР/РФ (1), Австралии (2), Японии (3), по проекту МПГ (4); 5–7 – пункты зондирований МПВ, выполненные экспедициями: СССР/РФ (5), Австралии (6), по проекту МПГ (7); 8 – положение скважин глубоководного бурение по проектам ODP и их номера; 9 – изобаты (в метрах)
В результате исследований по проекту МПГ в сезон 2007 г. было выполнено 5000 км сейсмических, более 5500 гравитационных, 13 000 магнитных (морских и воздушных) наблюдений и произведено 39 постановок донных станций на двух меридионально ориентированных профилях МОГТ, а в сезон 2009 г. – 3000 км сейсмических, 6500 км гравитационных и 6000 магнитных наблюдений, а также 26 зондирований методом преломленных волн (МПВ) с применением радиобуев (рис. 1). Для производства работ МОГТ использовался сейсмический комплекс MSX-6000 фирмы «INPUT/OUTPUT Inc.» включающий цифровую 352-канальную приемную расстановку (косу) длиной 4500 м и две линии групповых пневмоисточников общим объемом от 20 до 38 литров.
1. Предшествующие исследования
Бассейны моря Содружества и моря Дейвиса являются частью антарктической окраины, которая сформировалась в результате распада Восточной Гондваны и разделения Индийской и Австрало-Антарктической плит в позднеюрско-раннемеловое время (Powell et al.; 1988; Lawver et al., 1992). На развитие бассейнов существенное влияние оказало внедрение в литосферу Восточной Гондваны мантийного плюма Кергелен, проявившегося в виде длительного вулканизма с образованием плато Кергелен. Прилегающая к акватории района исследований антарктическая суша входит в состав древнего кристаллического щита Восточной Антарктиды, на побережье преимущественно представленного метаморфическими комплексами пород докембрийского – раннепалеозойского возраста (Грикуров, 1980). Строение фундамента и осадочного чехла бассейнов морей Содружества и Дейвиса изучались на протяжении многих лет в Советских и Российских Антарктических экспедициях и рядом зарубежных экспедиций, однако многие аспекты тектонической (геодинамической) эволюции земной коры этого сектора Индийского океана до сих пор остаются неопределенными.
Морские геофизические исследования в районе морей Содружества и Дейвиса, которые, как правило, включали сейсмические (МОГТ), магнитные и гравитационные наблюдения, неоднократно проводились экспедициями СССР, Франции, Японии, России, Австралии (Stagg et al., 2005; Лейченков и Гусева, 2006). До начала полярного года здесь было выполнено около 39 000 км сейсмических и более 50 000 км магнитометрических профилей (рис. 1). Следует отметить, что сейсмические материалы, полученные до середины 1990-х годов (около 30 % от всех имеющихся материалов), оказались малоинформативными для тектонической интерпретации, так как не обладали необходимой глубинностью исследований.
По мере поступления геолого-геофизических данных развивались и представления о строении земной коры и ранней истории раскрытия южной части Индийского океана. В 1988 г. Пауэлл с соавторами (Powell et al., 1988), обобщив все имеющиеся на то время геолого-геофизические материалы на сопряженных окраинах материков Восточной Гондваны, сделали вывод, что рифтогенез между Индией и Антарктидой начался в позднеюрское время и закончился расколом литосферы около 132,5 млн. лет назад (хрон полярности магнитного поля М11). В последующие годы в ряде публикаций (Royer & Coffin, 1992; Gaina et al., 2007) обсуждалось только возможное положение спрединговых аномалий, в то время как возраст первичного раскрытия серьезной ревизии не подвергался.
Отечественными исследованиями в море Содружества была выявлена высокоамплитудная (350–500 нТл) линейная магнитная аномалия и высказано предположение, что она маркирует границу между рифтогенной корой континентального типа и корой океанического типа (рис. 2; Гандюхин и др., 2002). Происхождение линейной аномалии объяснялось «краевым эффектом», т. е. контактом сильномагнитной магматической коры океана с менее магнитной континентальной корой, подвергнутой интенсивному растяжению в период рифтогенеза. Позже, Стагг и др. (Stagg et al., 2005), соглашаясь с выводами российских специалистов о положении границы континент-океан в море Содружества, обнаружил, что к северу от линейной аномалии (в абиссальной котловине Эндерби) на сейсмических разрезах выделяются три толщи: тонкая верхняя с короткими полого-наклонными внутренними рефлекторами, средняя – полупрозрачная (без отражений) и нижняя, подстилаемая границей Мохоровичича, с насыщенной беспорядочными рефлекторами и дифракциями структурой сейсмической записи. Основываясь на известных представлениях о строении земной коры абиссальных котловин, они отождествили эти толщи с базальтовым (слой 2А), дайковым (слой 2В) и габбровым (слой 3) комплексами океанической коры, соответственно.
В разные годы предпринимались попытки идентификации номерных магнитных аномалий в морях Содружества и Дейвиса, но убедительные модели спрединга морского дна до сих пор отсутствовали. Это связано с низкой плотностью магнитных наблюдений в этой части Южного океана и, возможно, с особенностями спрединга морского дна вблизи вулканического плато Кергелен. Рамана и др. (Ramana et al., 2001) предположили наличие последовательности магнитных аномалий от М11 до М0 в подножии континентального склона западной части моря Содружества, однако последующие исследования эту модель не подтвердили. Гайна и др. (Gaina et al., 2007) идентифицировали в море Содружества и абиссальной котловине Эндерби (между 620 и 720в.д.) симметричную последовательность магнитных аномалий ЮВ-СЗ простирания от M9n (129,5 млн. лет) до М2 (126,7 млн. лет) и отмерший палеохребет в ее центре (в районе 61 в.д.) с возрастом около 118 млн. лет (рис. 2).
Рис. 2. Аномальное гравитационное поле (редукция в свободном воздухе; по данным спутниковой альтиметрической съемки; Sandwell & Smith, 2005) и номерные магнитные аномалии юго-восточной части Индийского океана. 1 – магнитные аномалии и их номера (Muller et al., 1997, Gaina et al., 2007), 2 – высокоамплитудная линейная магнитная аномалия моря Содружества, 3 – современный срединно-океанический хребет, 4 – оси отмершего спрединга, 5 – скважины, пробуренные по проектам ODP и IODP (приведены номера скважин, которые упоминаются в тексте). Зеленый контур – район работ по проекту МПГ.
Плато Кергелен представляет собой крупнейшую вулканическую провинцию Мирового океана. Сейсмическими исследованиями французских и австралийских экспедиций установлено, что южная часть плато Кергелен представляет собой обширное поднятие акустического фундамента, характеризующегося широким развитием разнонаправленных наклонных и пологозалегающих внутренних отражений (Rotstein et al., 1992). В 1987, 1988 и 1999 гг. на плато Кергелен по программе глубоководного бурения (ODP) пробурено 15 скважин, одна из которых (738) расположена в южной его части (рис. 2). Фундамент плато Кергелен преимущественно представлен толеитовыми базальтами, изливавшимися в субаэральных условиях около 120–110 млн. лет назад в южной части плато и 105–100 млн. лет в его центральной части и на банке Элан (Coffin et al., 2002).
По результатам геофизических и геологических исследований Коффин и др. (Coffin et al., 2002) сделали вывод, что раскрытие океана между Индией и Антарктидой могло быть вызвано внедрением горячей точки Кергелен в литосферу Восточной Гондваны 132 млн. лет назад, которое проявилось в излиянии базальтов в юго-западной Австралии (комплекс Банбери) и на плато Натуралиста (рис. 2). Около 120 млн. лет назад горячая точка сместилась в северо-западном направлении (или вновь активизировалась) и, при взаимодействии с центром спрединга Индийского океана, стимулировала обильную вулканическую деятельность, сформировавшую южную часть плато Кергелен (Coffin et al., 2002). Гайна и др. (Gaina et al., 2007) связывают с этим событием отмирание палеохребта в районе 61° в.д. и перескок океанического спрединга, который отделил блок континентальной коры от Индийской материковой окраины, представленный в настоящее время банкой Элан (рис. 2). Данные глубинного сейсмического зондирования (в районе 580ю.ш.) и геохимические исследований базальтов, вскрытых скважиной ODP 738, 747 и 750, указывают на возможное существование вещества континентального генезиса в нижней части земной коры плато Кергелен (Operto & Charvis, 1995; Coffin et al., 2002).
2. Результаты геофизических исследований по проекту МПГ
Двадцатилетний период изучения антарктической континентальной окраины, сопряженной до распада Гондваны с полуостровом Индостан, показал достаточно сложное строение ее земной коры и во многом еще не ясную историю геологического развития. Новые геофизические данные, полученные в рамках проекта МПГ, и их интеграция с предшествующими отечественными и зарубежными материалами позволяют существенно развить наши представления о ранних этапах раскрытия Индийского океана.
Сейсмические материалы зарубежных экспедиций (рис. 1) были получены из международной библиотеки сейсмических данных по Антарктике (см. сайт: http://scar-sdls.org/ (http://scar-sdls.org/)), а магнитные данные – из базы данных международного проекта ADMAP (Цифровая карта магнитных аномалий Антарктики, см. сайт http://earthsciences.osu.edu/admap/ (http://earthsciences.osu.edu/admap/)). Интеграция зарубежных и отечественных магнитных данных, позволила построить достаточно детальную карту аномального магнитного поля района исследований (рис. 3).
Рис. 3. Аномальное магнитное поле (?Т)
моря Содружества, моря Дейвиса, южной части плато Кергелен и прилегающей суши. Белой линией показана изобата 3000 м, оконтуривающая плато Кергелен
2.1. Строение земной коры и история геодинамического развития района южной части плато Кергелен
Представления о тектоническом строении района исследований и истории его развития в геологическом прошлом основаны на анализе морфологии и внутреннего строения кристаллического фундамента, а также качественной интерпретации аномальных потенциальных полей и их количественной обработки (плотностного моделирования по гравиметрическим данным и моделирования спрединга морского дна по магнитометрическим данным).
2.1.1. Строение земной коры
Поверхность кристаллического фундамента в основном уверенно идентифицируется на сейсмических разрезах, если расположена выше кратных волн от поверхности морского дна. В волновом поле она представлена акустически контрастной, рельефной, шероховатой или ровной, иногда дифрагирующей границей, которая отделяет вышележащую, хорошо стратифицированную толщу с протяженными отражающими границами от подстилающей среды с редкими нерегулярными или наклонными (как в абиссальной котловине моря Содружества и на плато Кергелен) отражениями. В подножии континентального склона моря Дейвиса кристаллический фундамент установлен менее отчетливо, так как перекрыт горизонтом осадочного чехла с высоким коэффициентом отражения, который препятствует прохождению сейсмического сигнала.
По результатам комплексной интерпретации геофизических данных составлена схема тектонического строения района исследований, на которой показаны главные тектонические подразделения, принципиально отличающиеся по структуре, физическим характеристикам и истории развития земной коры (рис. 4). К этим подразделениям относятся: докембрийский кристаллический щит Восточной Антарктиды, позднеюрско – раннемеловая система внутриконтинентального и окраинного рифтовых грабенов, раннемеловая океаническая котловина и раннемеловая вулканическая провинция Кергелен.
Докембрийский кристаллический щит фрагментарно обнажается на побережье изученной акватории и продолжается на шельф, где он погружен на глубину до 2 км и перекрыт тонким слоем осадков. Земная кора в пределах кристаллического щита практически не затронута процессами растяжения и имеет нормальную для континентов мощность 25–30 км.
Внутриконтинентальный и окраинный рифтовые грабены образуют генетически взаимосвязанную систему. Внутриконтинентальный рифтовый грабен выделен на шельфе залива Прюдс по результатам исследований прошлых лет (Leitchenkov, 1991). Границы грабена определены по резкому погружению поверхности кристаллического фундамента на сейсмических разрезах, но его внутренняя структура остается неизученной из-за интенсивных кратных волн от морского дна, которые полностью маскируют полезную запись глубже 1,5–2,0 км. По данным исследований МПВ и результатам моделирования поля силы тяжести, днище грабена расположено на глубинах 8–10 км (рис. 4), а мощность земной коры в его осевой части (вместе с осадками) составляет около 25 км. Рифтовый грабен шельфа залива Прюдс является морским продолжением крупнейшей позднемезозойской рифтовой зоны Антарктиды, которая протягивается из центральной части материка в сторону океана более чем на 1000 км (Грикуров, 1980). Сейсмические и геологические данные позволяют предполагать, что позднемезозойский внутриконтинентальный рифтовый грабен наследует более раннюю, позднепалеозойскую рифтовую зону (Leitchenkov, 1991).
Окраинный рифтовый грабен представляет собой южную часть рифта, образовавшегося между Индией и Антарктидой при растяжении литосферы и оставшейся на антарктической плите после раскрытия Индийского океана. Он расположен на внешнем шельфе, континентальном склоне и в подножии континентального склона морей Содружества и Дейвиса. Наклонная поверхность кристаллического фундамента, погружающаяся по системе крутых сбросов от 1–2 км до 6–8 км, представляет собой борт окраинного грабена (рис. 4). Днище грабена в региональном плане имеет форму прогиба и залегает на глубине 8–11 км в море Содружества и 6–9 км в море Дейвиса. Внутри грабена выявлены ассиметричные депрессии фундамента (известные в литературе как полуграбены), образование которых связано с растяжением земной коры. Мощность консолидированной части земной коры в днище рифтового грабена составляет 6–7 км, т. е. сравнима с магматической корой океана.
Рис. 4. Схема тектонического строения района моря Содружества, моря Дейвиса, южной части плато Кергелен и прилегающей суши. 1 – докембрийский кристаллический щит; 2 – позднеюрско-раннемеловые рифтовые грабены (а – борта грабенов; б – днища грабенов); штриховкой показана область внедрения мантии и продуктов ее дифференциации в континентальную кору; 3 – раннемеловая океаническая котловина; 4 – раннемеловая вулканическая провинция Кергелен (а – плато; б – окраина плато), 5 – магматические постройки; 6 – изоглубины поверхности фундамента (км); 7 – уступы в поверхности фундамента; 8 – сбросы; 9 —линейные магнитные аномалии с номерами хронов полярности геомагнитного поля; 10 – отмершие хребты. Красными линиями показано положение сейсмических разрезов, представленных на рисунках 5 и 7.
Наиболее сложной и до сих пор еще однозначно не решенной научной проблемой, возникающей при изучении пассивных континентальных окраин, является определение границы между континентальной корой, существенно утоненной в результате рифтогенеза, и океанической корой, образованной в результате магматической аккреции (спрединга) в срединных хребтах (в литературе обычно используется термин «граница континент-океан»). Особенности строения земной коры в глубоководной части бассейнов морей Содружества и Дейвиса позволяет достаточно обоснованно подойти к решению этой проблемы.
Главной такой особенностью является необычно ровная для континентальных окраин и абиссальных котловин поверхность кристаллического фундамента (причины этого феномена будут рассмотрены позже), в результате чего сейсмический сигнал не рассеивается на ней (как это происходит на рельефных границах), а проникает на большие глубины, где содержится основная информация о строении, составе и геодинамической обстановке формирования земной коры. Граница континент-океан определяется нами по резкой смене характера сейсмической записи ниже поверхности фундамента (рис. 5). К северу от этой границы разрез земной коры имеет «трехслойное» строение (см. предыдущий раздел), а к югу – приобретает внутреннюю структуру с хаотически расположенными (иногда яркими выпуклыми) рефлекторами и гиперболами дифрагированных волн (рис. 5). Как и предполагалось ранее (Гандюхин и др., 2002), граница континент-океан в море Содружества маркируется интенсивной линейной магнитной аномалией (рис. 3).
Рис. 5. Сейсмические разрезы, демонстрирующие строение земной коры в районе границы континент-океан в море Содружества (А) и море Дейвиса (Б). Положение разрезов показано на рисунке 4. Сейсмический разрез в море Содружества получен из библиотеки сейсмических данных по Антарктике (австралийская экспедиция 2001 г.; Stagg et al., 2005).
Отражающие границы внутри коры, наблюдаемые на внешней части окраинного грабена, вблизи границы континент-океан объясняются нами внедрением мантии и продуктов ее дифференциации на разные уровни земной коры. По данным исследований МПВ с донными станциями и радиобуями, последняя вниз по разрезу преломляющая граница, расположенная на 1,5–2,5 км выше Мохо в прилегающей океанической коре, имеет скорость 7,6 км/с и плотность 3,1 г/см
, соответствуя незначительно серпентинизированной (менее чем на 25 %) мантии (Dean et al., 2000; Wilson et al., 2001) или мантийным выплавкам, которые наращивают кору снизу (в зарубежной литературе этот процесс называется underplating). В верхней части консолидированной коры скорости преломленных волн составляют 6,2–6,6 км/с и могут принадлежать породам кислого/среднего состава верхней коры континентального типа или умеренно (до 50 %) серпентинизированным перидотитам верхней мантии. В пользу последнего свидетельствуют локальные линейные магнитные аномалии (рис. 3), которые могут возникать благодаря последовательному внедрению порций мантийного вещества по мере растяжения литосферы и их серпентинизации, сопровождающейся образованием магнитных минералов – магнетита и титаномагнетита (Sibuet et al., 2007). На основании полученных данных можно предположить, что, как и на многих пассивных невулканических окраинах (например, окраинах юго-западной Европы, Ньюфаундленда, Лабрадора, южной Австралии, Земли Уилкса в Антарктике; (Wilson et al., 2001, Leitchenkov et al., 2007), конечный этап рифтогенеза в море Содружества сопровождался внедрением литосферной мантии и продуктов ее дифференциации (пород основного состава) в утоненную континентальную кору.
Ширину зоны модифицированной коры (смеси древних метаморфических, метаморфизованных мантийных и магматических пород) точно определить не удается из-за кратных волн от морского дна, перекрывающих большую часть полезной записи ниже поверхности фундамента, но, вероятно, она составляет не менее 50 км в море Содружества и не менее 20 км в море Дейвиса. Контакт модифицированной коры окраинного рифтового грабена и океанической коры часто выражается ярким, прерывистым рефлектором, погружающимся в северном направлении (рис. 5).
Гладкая поверхность фундамента в пределах модифицированной коры (рис. 5) может быть представлена океаническими лавами (покровными базальтами), которые растекались на расстояние до 50 км от центра первичного спрединга в условиях еще неглубокого морского бассейна, или базальтами, излившиеся в результате внедрения и дифференциации мантийного вещества на конечной стадии растяжения окраины.
В море Содружества и море Дейвиса ширина окраинного рифтового грабена (растянутой континентальной коры) составляет 300–350 км, превышая по этому параметру большинство аналогичных структур невулканических окраин (Dean et al., 2000). В восточной части моря Содружества и западной части моря Дейвиса граница континент-океан резко смещается в южном направлении (рис. 4), но в троге Принцессы Елизаветы (между 80° в. д и 87° в.д.) ее положение остается неопределенным, так как отчетливая смена сейсмической записи внутри кристаллического фундамента здесь не наблюдается. Тем не менее, указанием на океаническую природу коры служит серия хорошо коррелируемых линейных магнитных аномалий (рис. 3, 4), самая южная из которых располагается вблизи борта окраинного грабена, ширина которого, таким образом, сокращается до 40–80 км. Такое резкое различие в строении окраины, вероятно, связано с первичной сегментацией коровых блоков на этапе рифтогенеза и их асимметричным растяжением.
Океанические котловины. Магматическая природа коры океанических котловин достаточно надежно установлена по особенностям сейсмической записи (см. предыдущий раздел), значениям скорости преломленных волн в фундаменте 5,0–5,5 км/с, типичным для второго океанического слоя, и линейному характеру магнитного поля, определяемого спредингом морского дна. Практически на всех сейсмических разрезах, пересекающих океанические котловины, на глубине около 10 с (двойное время пробега сейсмических волн), выделяется яркий непрерывный рефлектор в основании коры, который отождествляется с кровлей верхней мантии (поверхностью Мохо; рис. 5).
Ровная поверхность фундамента в котловинах, являющаяся его специфической особенностью, в целом не характерна для океанической коры, образовавшейся в условиях медленного спрединга, но часто встречается вблизи вулканических окраин и плато (Leitchenkov et al., 2008). Такая его морфология, вероятно, связана с избыточным магматизмом в срединно-океанических хребтах и увеличением мощности вулканического комплекса («слоя 2А»), сглаживающего рельеф рифтовой долины.
Мощность базальтового комплекса в море Содружества, определяемого по глубине прослеживания наклонных рефлекторов, составляет 0,8–1,3 км (что в два раза больше средних по океану), но встречаются участки, где она увеличивается до 2,0–2,5 км. По данным МПВ, нижний, третий слой океанической коры, характеризуется стандартными для него скоростями 6,9–7,0 км/с, а его мощность возрастает в северном направлении от типовых для океана 4,5–5,0 км до 6,0–7,0 км.
В океанической коре района исследований было выявлено четыре серии (последовательности) линейных магнитных аномалий, которые имеют индивидуальные особенности. Первая серия расположена между 66° в.д. и 72° в. д (рис. 6). Опорными аномалиями с характерной формой и шириной, от которых выполнялась идентификация остальной последовательности, являются здесь протяженный минимум и максимум, формировавшиеся в период хронов обратной и прямой полярности магнитного поля М3-М4 (рис. 6). Эти аномалии впервые были определены Гайной и др. (Gaina et al., 2007) вблизи отмершего палеохребта, выявленного по геофизическим данным и являющегося центром симметрии магнитного поля. Моделирование спрединга выполнялось от аномалии М2 до интенсивной линейной аномалии «краевого эффекта» (включительно), которая маркирует границу континент-океан. Установлено, что скорость полуспрединга постепенно понижается по направлению к отмершему хребту, изменяясь от 6 до 2–3 см/год (рис. 6).
Вторая серия линейных магнитных аномалий расположена между 72° в.д. и 75° в.д. (рис. 6) и заметно отличается по своему облику от первой серии, демонстрируя симметрию относительно центрального максимума. Основываясь на этой симметрии, мы предположили существование еще одного отмершего хребта в этой части океана. Модель рассчитывалась из предположения, что время начала спрединга на участках развития первой и второй серии аномалий совпадает. Центр симметрии моделируется аномалией М9n, а скорость спрединга в пределах выделенной последовательности составляет 2–4 см/год (рис. 6). Отмерший хребет практически не проявляется в структуре поверхности фундамента. Только на одном из сейсмических профилей он представлен неглубокой (300–400 м) депрессией, под которой наблюдается подъем границы Мохо. Возможно, это связано с избыточным магматизмом в период формирования океанической коры моря Содружества и общим подъемом кровли фундамента в сторону плато Кергелен за счет постспредингового разогрева литосферы, которые «замаскировали» типовую морфологию палеохребта.
Рис. 6. Модель спрединга морского дна в море Содружества – котловине Эндерби и море Дейвиса – котловине Лабуан. Параметры модели: глубина поверхности магнитоактивного слоя – 7,0 км; мощность магнитоактивного слоя – 1,0 км; намагниченность (J) – 1,7 A/м (5,7 А/м для аномалий M10Nn
M11An симметричной последовательности); наклонение (I) –
70°; склонение (D) –
65°. На врезке показано положение профилей и их номера. Для моделирования использовалась шкала инверсий геомагнитного поля Градштейна и др. 1994 г. (Gradstein et al., 1994). Аномалии неспрединговой природы показаны пунктирной линией.
Третья серия аномалий наблюдается в котловине Принцессы Елизаветы. Она характеризуется гармоничной последовательностью максимумов и минимумов шириной 10–15 км (рис. 3). Моделирование этой серии не проводилось из-за отсутствия аномалий характерной формы, которые могли бы служить ориентиром для их идентификации. Можно лишь предположить, что они представляют собой такую же симметричную последовательность, как вторая серия с центральной аномалией М9n.
Четвертая серия аномалий выявлена в море Дейвиса. Моделирование выполнялось от аномалии M11An, связываемой с началом раскрытия Индийского океана в этом районе (рис. 6). Рассчитанные скорости полуспрединга, здесь, как и в море Содружества, регулярно уменьшаются с юга на север, но имеют меньшие величины (от 4,0–5,2 до 1,9 см/год). Центральная часть линейной последовательности осложняется положительными магнитными аномалиями неспрединговой природы (рис. 6), которые связны с вытянутыми хребтами, выявленными по сейсмическим данным (рис. 4). Эти хребты располагаются под углом около 20° к простиранию спрединга морского дна и поэтому интерпретируются нами в качестве внутриплитных внедрений магматических пород, обусловленных действием плюма (горячей точки) Кергелен.
Австрало-Антарктическая котловина, юго-западная часть которой расположена в пределах площади исследований, отличается расчлененным рельефом, создаваемым крупными вытянутыми поднятиями и впадинами СЗ-ЮВ простирания (рис. 4). Образование этой котловины связано с расколом литосферы между Антарктидой и Австралией в позднемеловое время. Начальное раскрытие океана (в период от 33 до 18 хронов полярности) происходило в ультрамедленном режиме (при скоростях полуспрединга от 0,5 до 1,5 см в год (Tikku & Cande, 1999) с амагматическим спредингом и образованием в различной степени серпентинизированных перидотитовых поднятий (Лейченков и Гусева, 2006).
В пределах вулканической провинции Кергелен, кроме основного поднятия (собственно плато), нами выделена его окраина, фундамент которой залегает на более высоком гипсометрическом уровне по сравнению с окружающими океаническими котловинами и характеризуется протяженными внутренними отражениями, представляющими собой поверхности лавовых потоков (толщ). Мощность земной коры основной части плато составляет 15–18 км, а его окраины – 10–12 км. В пределах плато и его окраины обнаружены многочисленные массивные (т. е. без внутренней сейсмической расслоенности) поднятия изометричной и вытянутой формы (рис. 4), которые интерпретируются в качестве интрузивных тел и/или вулканических центров.
Природа земной коры южной части плато Кергелен до сих пор остается дискуссионной. Пока еще не ясно, имеет ли оно океаническое происхождение (как, например, Исландия или сопоставимое по размерам плат Онтонг-Ява в Тихом океане), образовавшись за счет избыточного магматизма в срединно-океанических хребтах и внутриплитного излияния базальтов, или изначально представляло собой микроконтинент с корой континентального типа, который был перекрыт вулканическими комплексами. В настоящее время достаточно убедительно доказана континентальная природа центральной части плато Кергелен (вместе с банкой Элан), расположенной между 53° и 58° ю.ш. (рис. 2). Свидетельствами этого являются: 1) геохимические особенности базальтов, изученных скважинами 747 и 750, указывающие на контаминацию мафических расплавов веществом континентальной литосферы (Storey et al., 1992); 2) обломки гранат-биотитовых гнейсов в конгломератах, вскрытых скважиной 1137 на банке Элан (Coffin et al., 2002); 3) докембрийские метаморфические породы, обнаруженные при драгировании поднятий фундамента в северной части котловины Лабуан (которая интерпретируется в качестве погруженной окраины плато Кергелен после разделения Австралийской и Антарктической плит (Montigni et al., 1993); 4) данные глубинных сейсмических зондирований в бассейне Раггатт (~58° ю.ш.), которые выявили сейсмически расслоенную толщу в нижней части земной коры с относительно низкими скоростями сейсмических волн (6,7 км/с) и анизотропию мантии, характерные для континентальной литосферы (Operto & Charvis, 1996).
Основываясь на изотопных характеристиках базальтов, вскрытых скважиной 738 (рис. 2), установлено, что они содержат континентальную компоненту (Coffin et al., 2002), т. е. континентальные блоки могут подстилать и южную часть плато Кергелен. Исследования МПВ, выполненные с помощью донных станций (рис. 1) предоставляют дополнительные свидетельства в пользу этого предположения. Годографы, полученные в южной части плато, демонстрируют смещения первых вступлений преломленных волн, которые чаще всего возникают, если в земной коре присутствует слой с пониженной скоростью (волновод; рис. 7). Предварительное моделирование сейсмических данных показывает, что наилучшее совпадение наблюденных и расчетных годографов происходит при наличии такого слоя в нижней части коры, который интерпретируется нами в качестве глубоко погруженного и перекрытого базальтами континентального блока земной коры (рис. 7).
Рис. 7. Модель строения земной коры трога Принцессы Елизаветы и южной части плато Кергелен, построенная методом лучевого трассирования с помощью программного пакета «SeisWide». Для моделирования использованы записи тринадцати донных станций и сейсмический профиль МОГТ (рис. 1). Вверху показан пример сейсмической записи и рассчитанные годографы преломленных волн (красные линии). Числа на разрезе и под рассчитанными годографами – скорости сейсмических волн (в км/с). Слой со средней скоростью 6.4 км/с в нижней части коры интерпретируется в качестве континентального блока. Положение разреза показано на рис. 4.
2.1.2. История геодинамического развития
