Geodynamic regime of the Charlie Gibbs twin transform fault eastern passive part (North Atlantic)

Full Text

ВВЕДЕНИЕ

Сдвоенный трансформный разлом Чарли Гиббс (ЧГ) (рис. 1) расположен в Северной Атлантике и смещает осевую часть Срединно-Атлантического хребта (САХ) на ~340 км на ~52°25ʹ с. ш. Эта структура включает небольшой (до 40 км) спрединговый сегмент между северным и южным трогами ЧГ на ~31°50ʹ з. д. (см. рис. 1). Трансформных разломов, сегментирующих осевую часть САХ на его протяжении в ~16 тыс. км со смещением по активной части разлома 300 км и более, не так много. Они в основном сосредоточены в Экваториальном и Центральном сегментах Атлантики и получили название “разломы-терминаторы” [4]. Позже эти протяжённые структуры, как правило, состоящие из нескольких трансформных трогов [5], стали обозначать термином “мегатрансформы” [6]. Для Северной Атлантики ЧГ является единственной подобной структурой. Особое значение такие разломы имеют потому, что разделяют сегменты САХ с разными возрастами начала спрединговых процессов [7] и длительностью термальной эволюции мантии от раскола континента до настоящего времени. По данным индексированных магнитных аномалий [8] сегмент САХ к югу от ЧГ начал раскрываться от 130 до 108 млн лет назад, а сегмент к северу от ЧГ – 59 млн лет. Это означает, что длительное время пассивные части ЧГ представляли собой границу океан–континент трансформного типа. Данный вид границ в Атлантическом океане, возникающий из-за разностей начала спрединговых процессов, встречается часто. Это отражено в известных атласах палеореконструкций [9].

 

Рис. 1. Район сдвоенного трансформного разлома Чарли Гиббс. (a) – сейсмичность по данным [1, 2], рельеф дна по данным [3], положения разрезов рис. 3 и рис. 4, на врезке общее положение района исследований в Северной Атлантике, прямоугольником показано положение планшета рис. 1 б с детальным рельефом; (б) – левосдвиговая впадина пулл-апарт по данным многолучевой батиметрии 50-го рейса НИС “Академик Николай Страхов” (ГИН РАН, 2020) на оси северного трансформного трога.

 

Причиной, вызвавшей раскрытие Атлантики к северу от ЧГ, стало воздействие Исландского плюма [10], но оно не является основной движущей силой раскола и дальнейшего дрейфа литосферных плит [11]. Плюм в осевой зоне САХ к северу от ЧГ с большим смещением к западу от южного сегмента САХ упирается в структурный барьер, препятствующий вдольосевому перетеканию на юг прогретого и частично расплавленного вещества мантии. Это подтверждается данными сейсмической томографии [12] и построенному по ним глубинному разрезу вдоль САХ [13]. Указанные различия свойств мантии к северу и югу от ЧГ выражаются в различном характере базальтового магматизма и, как следствие, в различной морфологии структур грядового рельефа дна в районе ЧГ и примыкающих сегментов САХ [14], а также наложенных на него небольших вулканических построек центрального типа. В строении межразломного пространства внутри ЧГ по данным [14] участвуют габбро, дуниты и перидотиты. Таково в общих чертах происхождение и морфология фундамента, на котором формируется осадочный чехол из материала, привносимого в троги с востока на запад контурными течениям из Арктики [15].

Гетерогенное строение коры и верхней мантии в геодинамически активных районах приводит к дифференцированной подвижности блоков литосферы, надёжно устанавливаемой по тектоническим деформациям слабо консолидированного осадочного чехла [7, 17]. Зоны их развития закартированы в 50-м и 53-м рейсах ГИН РАН на НИС “Академик Николай Страхов” [14, 16]. Их особенностью является наличие деформаций вне активной части ЧГ. Деформации установлены в восточных пассивных частях трансформного разлома на удалениях до 150 км от сочленения активной части с осью САХ. Факты тектонической активности в структурах, определённых в теории как пассивные, необходимо исследовать для актуализации модели тектогенеза в океане. Целью данной работы является иллюстрация различных геодинамических режимов в трогах пассивной части ЧГ и интерпретация их генезиса.

ТЕКТОНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНА

Сейсмичность является одним из главных признаков геодинамической активности структуры САХ и чётко оконтуривает активные в настоящий момент сегменты. Она сгруппирована вдоль трансформного разлома и примыкающих к нему сегментов САХ (см. рис. 1). Наиболее сильные глубокофокусные события представлены вдоль активных частей разломной системы, а частые мелкофокусные события проявлены вдоль рифтовых сегментов. Вдоль разлома проявлены события со сдвиговым механизмом, а рифтовые сегменты активны в основном за счёт сбросовых событий в океанской структуре растяжения [14]. Особенностью распределения сейсмичности по данным [1] являются плотные обособленные кластеры, практически полное отсутствие мелкофокусных событий в ряде сегментов и доминирование глубокофокусных событий, которые особенно проявлены в трансформной зоне (см. рис. 1).

Мелкофокусная сейсмичность сгруппирована в компактные кластеры со средним интервалом 70–80 км вдоль САХ. Это, по-видимому, соответствует среднему интервалу сфокусированного апвеллинга прогретого вещества в иерархически организованных спрединговых ячейках (см. рис. 1). Глубокофокусная сейсмичность сосредоточена в основном вдоль нетрансформных смещений на флангах САХ и в центре активной части ЧГ, где по данным [2] отмечены события с магнитудой до 7.1 Mw (см. рис. 1). Природа этих событий связана не с магмогенерацией, а исключительно со сдвиговыми тектоническими смещениями плит, прилегающих к САХ. Они вносят главный вклад в энерговыделение вдоль геодинамически активных зон океана с пассивным типом окраин. Выделившаяся энергия в рифтовых сегментах имеет фоновое значение. Основное тектоническое энерговыделение сосредоточено не в зонах магматической аккреции коры, где действуют конвенциональные движущие силы дрейфа плит (ridge push), а в области трения плит на трансформной межплитной границе ЧГ.

Отметим, что на южный трог ЧГ (см. рис. 1) наложен плотный мелкофокусный кластер, который указывает на распространение процессов магмогенерации через трог в межразломный хребет. Кроме того, ось данного кластера не совпадает с осью САХ. Она смещена на ~10 км в западном направлении и развернута по часовой стрелке на ~10° таким образом, что направление растяжения не совпадает с ориентацией пассивной части южного трога ЧГ, ортогонального САХ. Северный трог ЧГ представлен более редкими в пространстве событиями с большей магнитудой и сдвиговыми механизмами, что указывает на более вязкую литосферу. Сейсмичность, таким образом, показывает возможность различий в геодинамических режимах в трогах сдвоенной трансформной системы.

Двукратная асимметрия полускоростей спрединга (рис. 2 а) позволяет предположить, что может иметь место дрейф блока Северо-Американской плиты на запад вместе со структурой САХ, сопровождающийся перескоком осей его сегментов на запад. Признаки этого процесса читаются по распределению сейсмичности (см. рис. 1 а) и по рельефу дна [14]. Несмотря на правосдвиговую кинематику смещения плит, примыкающих к северному трогу ЧГ, указанная асимметрия может создать вдоль него локальные условия для левого сдвига и образования впадины пулл-апарт (см. рис. 1 б). Значения полускоростей спрединга (мм/год) вдоль изохроны 4 млн лет, показанные парой для западного и восточного флангов САХ, построенные по данным [8], отображены на рис. 2 б. Из этих данных следует, что в Северной Атлантике в целом наблюдается асимметрия полускоростей с превышением значений на восточном фланге САХ [13]. Есть несколько сегментов, где асимметрия практически исчезает (см. рис. 2 б), которые увязаны в работе [13] с наличием ответвлений суперплюмов под осью САХ. Но наибольший интерес представляют области, где имеет место инверсия асимметрии полускоростей (см. рис. 2 б), и значения на западном фланге превышают значения на восточном. Одним из таких сегментов является область непосредственно к северу от ЧГ, и, по всей видимости, это создаёт условия формирования локальной левосдвиговой кинематики вдоль северного трога ЧГ.

 

Рис. 2. Асимметрия полускоростей спрединга в районе разлома Чарли Гиббс. (а) – полускорости спрединга по данным [8], жёлтыми стрелками показаны характерные значения, оранжевой стрелкой показано возможное смещение Северо-Американской плиты вместе с осью САХ; (б) – области инверсии асимметрии полускоростей спрединга по данным [8] вдоль изохронны 4 млн лет вдоль флангов САХ в Северной Атлантике (овалы) и области практически симметричных значений (серые прямоугольники), красной линией выделено положение фрагмента рис. 2 а на оси САХ, приведено положение пересечений основных трансформных разломов с осью САХ и их названия.

 

ДЕФОРМАЦИИ ОСАДОЧНОГО ЧЕХЛА

Сейсмоакустический разрез восточной пассивной части южного трога ЧГ показан на рис. 3. В средней части трога его эффективная глубинность достигает 85 метров. В разрезе проявлены дислокации, характерные как для сдвигового парагенеза, отличающиеся симметричным сбросовым рисунком смещений, оперяющих основной трансформный сдвиг в оси депрессии, так и для сбросов около бортов трога. По данным [17] при наличии разности в скоростях спрединга в блоках литосферы на противоположных крыльях трансформного разлома, в его пассивной части могут существовать сдвиговые смещения, компенсирующие эту разницу. Отметим наличие на южном борту слоёв с акустической мутностью, характерной для обломочных отложений, возникающих при хаотичном накоплении слабо консолидированных осадков разного гранулометрического состава. Они накапливаются на бортах трога в результате переноса терригенного материала контурными течениями [15] и имеют неустойчивый профиль. В условиях тектонической активности структуры и её близости к очагам сейсмичности, появление таких аномалий в акустически стратифицированной толще является типичным. Разрез осадков депрессии (см. рис. 3) также отличается увеличением мощности двух приповерхностных слоёв с выраженной акустической прозрачностью. Такая запись фиксируется в условиях современного прогибания в структуре трога при повышенных скоростях накопления слабо консолидированной осадочной толщи с однородным гранулометрическим составом. Запись имеет акустически прозрачное отображение в волновом поле разреза.

 

Рис. 3. Фрагмент сейсмоакустического разреза ANS53-50 на пересечении южного трога разлома Чарли Гиббс, полученный профилографом EdgeTech 3300 с сигналом типа CHIRP в диапазоне частот от 2 до 5 кГц. Положение фрагмента приведено на рис. 1. Пояснения элементов, указанных стрелками, даны в тексте.

 

Наблюдаемая конфигурация рефлекторов указывает на существование современной транстенсии в пассивной части южного трансформного трога ЧГ на удалениях ~150 км от активного рифтового сегмента (см. рис. 3). Полученные данные пока не позволяют оценить, на каком удалении от активных структурных элементов САХ происходит полное затухание сдвиговых смещений в пассивных частях трансформного разлома. Над осью сдвига наблюдается максимальное прогибание трога. Северный борт трога осложнён сбросовыми нарушениями, которые достаточно распространены в пассивных частях разломов [17]. Южный борт содержит возвышенности с сохранившимися ненарушенными стратифицированными осадочными телами на вершинах. При этом в основании склона наблюдаются осадочные тела с акустической мутностью, которая обычно свойственна обломочным отложениям, возникающим, в частности, вследствие схода оползней.

Вышесказанное даёт дополнительный аргумент в пользу локального подъёма на южном борту трога, которое может возникать из-за изостатической компенсации при растяжении. При условии, когда сегмент САХ и южный трог ЧГ практически ортогональны (см. рис. 1), но ось кластера мелкофокусной сейсмичности, показывающая современную ориентацию растяжения, развернута по часовой стрелке на ~10° относительно САХ, в троге, помимо сдвиговых смещений может иметь место растяжение в субмеридиональном направлении.

Разрез через северный трансформный трог ЧГ показан на рис. 4. В его осевой части выделяется медианный хребет, в обрамлении которого в осадках видны складки, указывающие на современное протыкание хребтом осадочной толщи. Складка с северного борта медианного хребта имеет в замке угловое несогласие с рефлектором, залегающим на глубине около 6 мс поверх разрушенного эрозией замка складки. Осадочный слой, для которого этот рефлектор является подошвой, также деформирован над складкой, что указывает на продолжающееся вертикальное движение хребта и примыкающей к нему осадочной толщи. В связи с этим разломы к югу от хребта интерпретируются как взбросы. Эту точку зрения подкрепляет наличие осадков с акустической мутностью к югу от приподнятого сегмента со стратифицированными осадками. Таким образом, можно заключить, что северный трог ЧГ находится на современном этапе в условиях транспрессии, которая сопровождается формированием медианного хребта при выжимании глубинного вещества и формированием специфических деформаций осадочного чехла.

 

Рис. 4. Фрагмент сейсмоакустического разреза ANS53-50 на пересечении северного трога разлома Чарли Гиббс, полученный профилографом EdgeTech 3300 с сигналом типа CHIRP в диапазоне частот от 2 до 5 кГц. Положение фрагмента приведено на рис. 1. Пояснения элементов, указанных стрелками, даны в тексте.

 

Наблюдаемая на разрезе вкрест простирания северного трога структура выжимания является звеном цепочки подобных структур, расположенных в восточной пассивной части ЧГ с шагом 70–90 км (рис. 5). Полагаем, что их выдавливание в условиях сжатия и некомпенсированной разницы скоростей спрединга в пассивной части разлома может формировать аналогичные медианные структуры на удалениях в первые сотни километров от активной части. Необходимы исследования аналогов из других трансформных разломов.

 

Рис. 5. Полосы озвучивания рельефа дна по данным многолучевого эхолота 50-го и 53-го рейсов НИС “Академик Николай Страхов” (ГИН РАН, 2020, 2022) в северном троге разлома Чарли Гиббс. На врезке показано положение основного планшета в районе восточных пассивных частей трансформного разлома. Показано положение разреза рис. 4. Пояснения структур выжимания даны в тексте.

 

Акустическая стратификация верхней части разреза осадочных комплексов в восточных пассивных частях ЧГ хорошо выдержана в пределах трога, но наблюдаются локальные увеличения мощностей [14], которые имеют места в замках антиформ. Вблизи выступов фундамента запись приобретает акустически мутный характер. Это указывает на более интенсивный процесс отложения материала при образовании канальных дрифтов (channel drifts) и привнос материала с расположенных рядом склонов, формирующий хаотичную структуру осадочного тела за счёт миграции придонного течения Северо-восточной глубинной воды (СВГВ) [15] и склоновых оползневых процессов. Факторы, формирующие аномалии волнового поля в акустически стратифицированной толще, носят комплексный характер, зависящий как от гидрологического режима, так и от современных тектонических процессов.

ВЫВОДЫ

1. Результаты изучения современных неотектонические деформаций осадочного чехла и сейсмичности показывают, что южный трог ЧГ развивается в режиме транстенсии, а северный в режиме транспрессии. Признаки активности в строении верхней части разреза осадков отмечены в восточных пассивных частях сдвоенного трансформного разлома ЧГ на удалении не менее 150 км от активной зоны САХ.
2. В осадочном разрезе южного трога ЧГ проявлены дислокации транстенсионного парагенеза, выявлены признаки увеличенной скорости осадконакопления и накопления оползневых обломочных отложений вблизи склонов трога. На северном борту проявлены сбросы, на южном – ненарушенные стратифицированные осадочные тела на выступах фундамента.
3. В осевой части северного трога ЧГ установлен медианный хребет со складчатыми структурами, перекрытыми осадками с угловым несогласием. Разломы к югу от хребта интерпретируются как взбросы. Северный трог ЧГ находится на современном этапе в условиях транспрессии, которая сопровождается формированием медианного хребта при выжимании глубинного вещества и деформациями осадочного чехла.

БЛАГОДАРНОСТИ

Авторы благодарны экипажу судна НИС “Академик Николай Страхов” и научному составу 50-го и 53-го рейсов (ГИН РАН, 2020, 2022) за самоотверженный труд в тяжёлых условиях, сделавший возможным получение полевых материалов, использованных в настоящей работе.

ИСТОЧНИК ФИНАНСИРОВАНИЯ

Работа выполнена в соответствии с темой госзадания FMMG-2023-0005 “Влияние глубинного строения мантии на тектонику, морфологию структур дна и опасные геологические процессы в глубоководных и шельфовых акваториях Мирового океана”.

About the authors

S. Yu. Sokolov

Geological Institute Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: sysokolov@yandex.ru
Russian Federation, Moscow

A. P. Denisova

Geological Institute Russian Academy of Sciences; Lomonosov Moscow State University

Email: sysokolov@yandex.ru

Faculty of Geography

Russian Federation, Moscow; Moscow

I. S. Patina

Geological Institute Russian Academy of Sciences

Email: sysokolov@yandex.ru
Russian Federation, Moscow

References

Supplementary files