Ocean floor structure in the junction area of the King Trough and the Azores-Biscay Rise (North Atlantic)

S. G. Skolotnev; Сколотнев С. Г.; A. A. Peyve; Пейве А. А.; K. O. Dobrolyubova; Добролюбова К. О.; A. N. Ivanenko; Иваненко А. Н.; I. S. Patina; Патина И. С.; V. A. Bogolyubskiy; Боголюбский В. А.; V. N. Dobrolyubov; Добролюбов В. Н.; I. A. Veklich; Веклич И. А.; S. A. Dokashenko; Докашенко С. А.; V. L. Lyubinetskiy; Любинецкий В. Л.; I. A. Ilyin; Ильин И. А.

doi:10.31857/S2686739724060015

Рельеф, аномальное магнитное поле и строение осадочного чехла в районе сочленения трога Кинг и Азоро-Бискайского поднятия (Северная Атлантика)

Авторы: Сколотнев С.Г.¹, Пейве А.А.¹, Добролюбова К.О.¹, Иваненко А.Н.², Патина И.С.¹, Боголюбский В.А.¹, Добролюбов В.Н.¹, Веклич И.А.², Докашенко С.А.¹, Любинецкий В.Л.², Ильин И.А.¹
Учреждения:
1. Геологический институт Российской Академии наук
2. Институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской Академии наук
Выпуск: Том 516, № 2 (2024)
Страницы: 499-506
Раздел: ГЕОЛОГИЯ
Статья получена: 12.12.2024
Статья опубликована: 15.03.2024
URL: https://ogarev-online.ru/2686-7397/article/view/272934
DOI: https://doi.org/10.31857/S2686739724060015
ID: 272934

Цитировать

Полный текст

Аннотация
Полный текст
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

В работе, основанной на геолого-геофизических материалах, полученных в 55 рейсе НИС “Академик Николай Страхов” рассматривается строение трога Кинг и его ближайшего окружения (мезоструктурный кластер Кинг), расположенных на восточном фланге Срединно-Атлантического хребта в Северной Атлантике. По результатам батиметрического картирования в пределах юго-восточной части трога Кинг выделено шесть провинций, каждая из которых имеет свой морфоструктурный облик, сформировавшийся в результате многостадийных тектонических и вулканических процессов, чередующихся и сопряжённых друг с другом по времени. По данным сейсмоакустического профилирования выявлены три основных типа сейсмофаций: а) пелагические комплексы; б) отложения турбидитовых потоков; в) хаотические фации гравитационного генезиса. Показано, что аномальное магнитное поле полигона представляет собой суперпозицию линейных и изометричных аномалий. Первые образовались при формировании океанической коры в осевой зоне спрединга. Вторые связаны с вулканическими массивами, сформировавшимися во внутриплитных условиях. Полученные данные подтверждают предположения о том, что образованию трога Кинг предшествовало формирование протяжённого сводового поднятия, которое стало ареной интенсивного внутриплитного вулканизма, интенсивность которого возрастала с юго-востока на северо-запад. За этим последовало проседания осевой части поднятия с образованием трога Кинг и впадин Пик и Фрин.

Ключевые слова

Северная Атлантика, Срединно-Атлантический хребет, сейсмофации, турбидитовые потоки, мезоструктурный кластер Кинг, Азоро-Бискайское поднятие, впадина Пик, впадина Фрин, хребет Палмер

Полный текст

Фланги Срединно-Атлантического хребта (САХ), занимающие огромные площади, системно не изучены и представления об их строении и развитии базируются на экстраполяции процессов, явлений и факторов, установленных при изучении тектоники и магматизма осевой зоны спрединга, дополненных данными спутниковой альтиметрии. Исходя из теоретических представлений тектоники литосферных плит, считается, что фланговые области САХ являются тектонически и магматически пассивными, за исключением тех участков, где происходят процессы, связанные с подъёмом глубинных мантийных плюмов, ведущие к формированию новых магматических и тектонических структур за пределами осевой зоны спрединга. В то же время известны крупные участки океанического дна, для которых проявление плюмовой активности не очевидно, а процессы структурообразования в их пределах происходят при преобладании тектонических процессов. Одним из таких регионов является восточный фланг САХ в Северной Атлантике, где сформировался кластер мезоструктур, состоящий из трога Кинг, впадин Пик и Фрин с разделяющим их хребтом Палмер, и плато Гницевича (рис. 1). Этот мезоструктурный кластер расположился в своего рода уникальном регионе Северной Атлантики: с северо-запада он ограничен крупной приосевой возвышенностью САХ, с юго-востока – Азоро-Бискайским линейным поднятием, простирающимся в юго-западных румбах в направлении Азорского поднятия, сформировавшегося в результате подъёма плюма глубинной мантии (см. рис. 1).

Рис. 1. Положение района работ 55-го рейса АНС (чёрный многоугольник на врезке – полигон Кинг).

Трог Кинг протяжённостью 450 км имеет юго-восточное простирание. Он включает несколько эшелонированных впадин, на флангах которых развиты субпараллельные им цепочки подводных гор разной морфологии [1]. В этом районе ранее проводились геологические исследования [2–10], но их недостаточно для построения убедительной модели формирования трога Кинг и его окружения, что в принципе невозможно без детального картирования дна многолучевым эхолотом.

Существует несколько моделей образования мезоструктурного кластера Кинг. Согласно одной из них, в период 56–21 млн лет сформировался асейсмичный хребет в результате подъёма плюма глубинной мантии, достигавший около 32 млн лет назад глубины около 2 км [4, 11]. Подъём сопровождался интенсивным магматизмом вдоль его южного фланга с формированием горы Антиальтаир. В период 20–16 млн лет осевая зона хребта опустилась на 2–4 км. Другие гипотезы связывают трог Кинг с древней межплитной границей сдвигового типа [12, 13].

В 2023 г. Геологическим институтом РАН был организован и проведён 55-й рейс НИС “Академик Николай Страхов” (АНС) в Северной Атлантике (см. рис. 1). Сбор данных о рельефе и осадочном чехле океанического дна во время рейса осуществлялся одновременно глубоководным многолучевым эхолотом SeaBat 7150, профилографами EdgeTech 3300 и Parasound DS Sub-Bottom profiler P-35. Данные о магнитном поле регистрировались магнитометром Geometrics G882. Обработка данных гидромагнитной съёмки выполнялась с помощью программы МATROS-IV. Сбор каменного материала проводился драгированием.

По результатам батиметрической съёмки в пределах изученного полигона нами было выделено шесть морфоструктурных провинций. Три из них представляют непосредственно трог Кинг и сопряжённые с ним структуры. Это провинции: юго-восточных впадин, юго-восточного окончания трога Кинг и центральной части трога Кинг. Три другие характеризуют морфологию структур, обрамляющих трог Кинг: фланговых структур САХ, юго-восточная и центрального сегмента Азоро-Бискайского поднятия (рис. 2).

Рис. 2. Схема морфоструктурных провинций. Цифрами обозначены провинции: 1) фланговых структур САХ; 2) юго-восточная; 3) центрального сегмента Азоро-Бискайского поднятия; 4) юго-восточных впадин; 5) юго-восточного окончания трога Кинг; 6) центральной части трога Кинг. Чёрные линии – границы между провинциями. Красные круги – результативные станции драгирования 55-го рейса АНС. В нижнем правом углу – шкала глубин.

Провинция фланговых структур САХ располагается в северо-восточной части полигона. С юга провинция ограничена впадиной Пик и впадиной, которую в данной статье мы будем называть Восточной, а в юго-восточной части – вулканическими структурами Азоро-Бискайского поднятия. В её пределах преобладает грядовый рельеф, типичный для флангов САХ. Для данной провинции характерно плавное общее понижение рельефа в северном направлении от северной кромки впадины Пик.

Юго-восточная провинция с севера ограничена впадиной Фрин, на северо-востоке – Азоро-Бискайским поднятием, а с запада – структурами южного фланга трога Кинг. Эта провинция относительно оси трога Кинг расположена симметрично по отношению к предыдущей провинции, однако в её пределах не встречается типичных фланговых структур САХ. Здесь имеются плато, хребты, равнины, впадины. Эта провинция приподнята относительно провинции фланговых структур САХ не менее чем на 300 м. Наиболее примечательный структурный ансамбль представлен широкой субширотной впадиной, которую в данной статье мы будем называть Западной и двумя окаймляющими её куэстообразными хребтами: Северным и Южным. Впадина Западная в соответствии с характером рельефа дна к западу от полигона [13], вероятно является фрагментом долины палеотрансформа, который обрезается впадиной Фрин. Куэстообразная форма хребтов свидетельствует о том, что вулканические хребты были преобразованы последующими тектоническими процессами.

Провинция центрального сегмента Азоро-Бискайского поднятия охватывает южные и юго-восточные районы полигона. Она образована отдельными крупными конусовидными вулканическими постройками и хребтами. Крупнейшей структурой является подводная гора Георгия Зимы. Её высота 2300 м. В пределах провинции имеется ещё несколько более мелких конусовидных построек.

Провинция юго-восточных впадин включает в себя впадины Пик и Фрин и разделяющий их хребет Палмер. Впадина Пик протягивается на 120 км. Её простирание изменчиво: западная часть ориентирована по азимуту 75°, а восточная – по азимуту 110°. Борта впадины сильно отличаются по морфологии. Северный борт характеризуется крутыми склонами. Восточная часть северного борта венчается узким гребнем, протягивающимся вдоль борта. длиной 85 км. Впадины Пик и Фрин и хребет Палмер несут в себе унаследованные черты рельефа флангов САХ, анализ которых позволяет предположить, что в данном районе сформировалось куполовидное или сводовое поднятие фланговых структур САХ, на месте которого в дальнейшем произошло опускание с формированием двух впадин. При этом разделяющий их хребет Палмер, представляет собой, тектонический останец этого поднятия.

Провинция юго-восточного окончания трога Кинг включает в себя наиболее узкую часть трога Кинг, переходящую во впадину Фрин, горные массивы, находящиеся на обоих флангах трога Кинг, и впадину, примыкающую к северному флангу, которую в данной статье мы будем называть Восточной. Трог Кинг в этой провинции состоит из двух впадин. Граница между впадинами образована серией ступеней. Борта обеих впадин и в плане, и в разрезе имеют сложную морфологию вследствие того, что во впадины заходят отроги фланговых массивов.

В провинцию центральной части трога Кинг входят ряд впадин и структуры на его флангах. Изученные в рейсе впадины Южная и Центральная разделены поперечными нарушениями, к которым приурочен крупный Медианный хребет. Борта впадин имеют различное строение на разных участках: либо крутые (крутизна 15–20°) ровные и прямолинейные, либо ступенчатые с террасами разной ширины, либо извилистые. Медианный хребет, возникший на границе двух впадин, разделён на две части. Южная часть хребта простирается по азимуту 110°, а северная – 360°. Он имеет вулканическую природу, на что указывает базальтовый состав пород, драгированных с его склонов [9].

По данным сейсмоакустического профилирования непрерывные осадочные горизонты присутствуют во впадинах трога Кинг, Фрин и Пик, в Восточной впадине, а также на равнинах и плато, окружающих перечисленные структуры. Осадочный чехол широко распространён также в понижениях рельефа в провинции фланговых структур САХ. На остальной площади полигона осадочные образования распространены фрагментарно, в силу чего невозможно произвести возрастную привязку горизонтов разных частей полигона. По данным непрерывного сейсмопрофилирования в осадочном разрезе трога Кинг выделяется верхний сейсмокомплекс плиоцен-голоценового возраста мощностью 50–100 м [10]. Слоистая толща, изученная в 55-м рейсе АНС входит в состав этого сейсмокомплекса, который интерпретируется как отложения ледниковых и межледниковых эпох [11].

Видимая мощность осадочного чехла во впадине Пик достигает 150 м. Осадки могут быть разделены на два комплекса. Мощности комплексов максимальны в осевой части и уменьшаются к бортам (рис. 3). Эта особенность свидетельствует о конседиментационном осадконакоплении во впадине и её продолжающемся погружении с постепенным уменьшением скорости погружения. Верхние 50 метров разреза характеризуются чётко выраженной цикличностью осадконакопления. Она проявлена в виде нескольких (до 4) интервалов постепенного перехода от прозрачных хаотических отражений, соответствующих быстрому осадконакоплению к ярким протяжённым горизонтам конденсированного разреза. По всей видимости данные отложения были сформированы турбидитовыми потоками, периодически сходившими с бортов впадины и отражают циклы Боума. Впадина Фрин имеет похожее строение осадочного разреза.

Рис. 3. Разрез верхней части осадочного чехла во впадине Пик.

Коренные породы, слагающие структуры трога Кинг, впадины Пик и Фрин, а также хребет Палмер, ранее были получены в ходе нескольких экспедиций [3, 6, 9, 10, 15]. Среди них резко преобладают базальты, распространённые во всех структурах и на разных глубинных уровнях. В то же время встречаются серпентинизированные ультраосновные породы и габброиды, при этом наиболее часто на хребте Палмер. Химические и петрографические данные показали, что базальты имеют щелочной характер, что по мнению [3, 15] свидетельствует о том, что базальты изливались во внутриплитных условиях.

Нами были опробованы борта впадин Пик (станция S5507) и Фрин (станции S5509, S5510), хребет Северный (станция S5511), надстраивающий южный борт впадины Фрин, и вулканические постройки центрально типа, сформировавшиеся на флангах юго-восточного окончания трога Кинг (станции S5513, S5516). Данные о драгировках даны в табл. 1.

Таблица 1. Успешные станции драгирования 55-го рейса АНС на полигоне Кинг

№ станции	широта северная	долгота западная	интервал глубин, м	состав и вес (даны без учёта осадков и материала ледового разноса	вес, кг
S5507	43.20°	19.86°	4660–4550	ультрабазиты 35%, габбро 25%, базальтовые осадочные брекчии, гиалокластиты и базальты 40%	50
S5509	42.72°	19.85°	5000–4910	базальты 100%	30
S5510	42.73°	19.85°	4750–4600	базальты 100%	5
S5511	42.60°	20.16°	4400–3660	базальты 30%, глинистые известняки 70%	7
S5513	43.28°	20.72°	3650–3600	базальтовые и гиалокластитовые осадочные брекчии и базальты 90%, известняки 10%	150
S5516	42.69°	21.14°	2500–2160	базальтовая брекчия 96%, Fe–Mn-корки и конкреция 4%	5

Преобладающими породами являются базальты. Базальты из впадин Пик и Фрин близки к таковым, широко развитым в осевой и гребневой зонах САХ: имеют элементы подушечной отдельности и зоны закалочного стекла. На северном борту впадины Пик наряду с базальтами подняты породы, представляющие весь разрез океанической литосферы: ультрабазиты, габброиды и долериты. Ранее здесь были подняты только вулканиты.

Магнитные аномалии полигона неоднородны по амплитуде и простиранию. Они представлены как линейными среднеамплитудными (до 400 нТл) аномалиями обеих знаков север-северо-восточного и отчасти – северо-западного простирания, наблюдающимися в основном в северной части полигона, так и интенсивными (до 1200 нТл) изолированными аномалиями также обоих знаков, приуроченными к отдельным хребтам и подводным горам (рис. 4). Наблюдаемые линейные магнитные аномалии к северу от трога Кинг и впадины Фрин хорошо согласуются с выделенными ранее по результатам многочисленных исследований эталонными аномалиями С21n, C24n.3n и C25n, положение которых показано на рис. 4, с возрастом 45.4, 53.3 и 56.6 млн лет соответственно [16].

Рис. 4. Карта магнитной съёмки. Показаны оси линейных магнитных аномалий из каталога [17] и положение выделенных нами линейных аномалий в пределах изученного района.

Эти же аномалии прослеживаются и к югу от трога Кинг и впадины Фрин, хотя и менее отчётливо. Тем не менее, мы смогли здесь выделить эталонные магнитные аномалии С21n, C24.3n и C25n и предполагаемые хроны, выделение которых не столь однозначно. Это означает, что первоначально океаническая кора трога Кинг, впадин Пик и Фрин и хребта Палмер формировалась в осевой зоне спрединга. Обращает на себя внимание смещение осей аномалии C21n в северной и южной частях полигона. Оно достигает 20 км. Линейные аномалии в северной части “срезаются” по линии: северный борт Центральной впадины трога Кинг–северный борт Южной впадины трога Кинг–северный борт впадины Фрин, что может указывать на разломную природу этой границы. В северо-западной и западной частях полигона отмечаются интенсивные локальные преимущественно положительные магнитные аномалии. Они совпадают с крупными вулканическими массивами и свидетельствуют о наложенности продуктов флангового вулканизма, сформировавшихся во время положительных магнитных эпох, на океаническую кору, возникшую в осевой зоне спрединга.

Таким образом по результатам батиметрического картирования в пределах юго-восточной части мезоструктурного кластера Кинг выделено шесть провинций, каждая из которых имеет свой морфоструктурный облик, сформировавшийся в результате многостадийных тектонических и вулканических процессов, чередующихся и сопряжённых друг с другом по времени.

По данным сейсмоакустического профилирования выявлены три основных типа сейсмофаций: а) пелагические комплексы; б) отложения турбидитовых потоков; в) хаотические фации гравитационного генезиса. В изученных разрезах плиоцен-голоценового возраста наблюдается чередование разных сейсмофаций, отражающее смену режимов осадконакопления с медленного пелагического режима ледниковых периодов на более интенсивное межледниковое осадконакопление. Отмечены разрывные и складчатые деформации осадочных слоёв.

Полученные данные подтверждают предположения о том, что образованию трога Кинг предшествовало формирование протяжённого сводового поднятия [4, 11]. В соответствии с положением линейных магнитных аномалий в этом регионе [18] подъём дна произошёл между 33.5 и 20.1 млн лет. Сводовое поднятие стало ареной интенсивного внутриплитного вулканизма, интенсивность которого возрастала с юго-востока на северо-запад. За этим последовало образование трога Кинг и впадин Пик и Фрин, скорее всего, в результате проседания осевой части поднятия.

Благодарности

Авторы выражают глубокую благодарность экипажу судна “Академик Николай Страхов” во главе с капитаном А.А. Ардашкиным за всестороннюю помощь и содействие во время проведения экспедиционных работ.

Источники финансирования

Работа выполнена в Геологическом институте РАН и Институте океанологии им. П.П. Ширшова РАН в рамках Госзаданий: № 122011800645-0, № 123032400064-7, № 123032400062-3 и FMWE-2024-0019.