Введение к работе
Арктический океан уникален в ряду глубоководных акваторий Мирового океана не только по своему полярному географическому положению. Его площадь значительно меньше площади других океанов планеты; он, как внутреннее море, со всех сторон окружен сушей, соединяясь с Мировым океаном только узкими проливами (Фрама и Беринговым). Арктический океан отличается от других океанов значительно меньшей средней глубиной (в ~2.5 раза), наибольшей площадью прилегающего шельфа и участков глубоководной акватории с континентальной корой, а также значительно более мощным осадочным чехлом.
Учитывая, что Арктический океан является еще и самым молодым океаном планеты, главным тектоническим событием его истории традиционно считается начало спрединга, инициировавшее образование Евразийского суббассейна. При этом, в ходе последующего этапа развития региона продолжительностью более чем 50 млн. лет в геологической литературе не отмечено ни одного тектонического события, которому можно было бы придать региональную значимость, т.е. которое можно было бы интерпретировать в качестве доминирующего на определенной стадии эволюции океана.
Предлагаемая диссертационная работа является попыткой выделить главные тектонические события истории Арктического океана, произошедшие после раскрытия Евразийского суббассейна и определяющим образом повлиявшие на структуру осадочного чехла и современный морфологический облик арктической акватории.
Главным объектом исследований диссертации являлась сейсмическая конфигурация осадочного чехла в глубоководных арктических провинциях – в Амеразийском (Провинция центрально-арктических поднятий и Канадская котловина) и Евразийском суббассейнах (рис. 1).
Актуальность проблемы. Рассматривая многообразие существующих тектонических моделей Арктического океана от арктической геодинамической системы Ю.Е. Погребицкого до ультрамобилистской модели Л.А. Лоувера, можно заметить, что их объединяет один общий принципиальный элемент – раскол арктической Лавразии и последующее развитие в кайнозое спредингового Евразийского суббассейна. Дискуссия продолжается лишь по менее принципиальным вопросам, касающимся датировки начала спрединга, положения полюсов раскрытия/вращения и т.д. Принципиальные же разногласия возникают, когда дело касается Амеразийского суббассейна. Если бы Амеразийский суббассейн представлял собой шельф с архипелагами в местах современных поднятий дна, то раскол арктической Лавразии не являлся бы проблемой для глобальной тектоники плит. В реальной же ситуации проблемы существуют, и большие.
Первая проблема. Для всех распавшихся суперконтинентов (Пангеи, Гондваны, Лавразии) характерна не только типичная для океанической коры билатеральная симметрия по уровню океанического дна относительно дивергентной оси (наблюдаемые нарушения симметрии являются локальными), но и элементы симметрии между раздвинувшимися континентами по гипсометрическому уровню поверхности литосферы. Примеры очевидны: Южная Америка и Африка, Северная Америка и Западная Европа представляют собой приподнятые над уровнем моря (в первом приближении одинаково) плечи атлантического океанического рифта. Элементы такой симметрии устанавливаются и для североатлантических блоков расколовшейся Лавразии. В то же время два плеча арктического океанического рифта – два крупнейших арктических мегаблока, соответствующих Баренцево-Карскому шельфу (арктической периферии Евразийской плиты) и Амеразийскому суббассейну (арктической периферии Северо-Американской плиты), полностью лишены элементов симметрии по уровню поверхности литосферы относительно полярной ветви Срединно-Атлантического хребта – хребта Гаккеля. Главный элемент этой асимметрии отображается на карте рельефа дна Арктического океана в том, что северо-американское плечо арктического океанического рифта – Амеразийский суббассейн – погружено в среднем на ~3 км относительно евразийского плеча – Баренцево-Карского шельфа. Этот факт плохо вписывается в классическую модель глобальной тектоники плит и требует своего объяснения.
Вторая проблема. Большинство известных тектонических моделей Амеразийского суббассейна базируется на анализе аномального магнитного поля и сопоставлении геологических данных на континентальном обрамлении.
При обзоре существующих тектонических реконструкций суббассейна, раскрывающих механизмы разрастания его океанического дна на основе интерпретации линейных магнитных аномалий (ЛМА), отмечается их крайняя неустойчивость (хаотичное блуждание полюсов раскрытия/вращения на значительные расстояния, незакономерный разброс парных ЛМА при попытках их совмещения с осями раскрытия и т.п.). В итоге, ни одна из серии известных палеомагнитных реконструкций Амеразийского суббассейна полностью не удовлетворяет ни магнитометрическим данным на акватории, ни геологическим данным на береговом и островном обрамлении, что вынуждает их авторов признать определенную тупиковость ситуации. В то же время, сейсмические данные, собранные в глубоководных областях Амеразийского суббассейна, при разработке тектонических моделей практически никогда всерьез не учитывались. А ведь сейсмическая конфигурация осадочного чехла – это ретроспективная фотография следов главных тектонических событий, сформировавших геологическую структуру региона.
Таким образом, актуальность исследований обусловлена необходимостью разработки такой тектонической модели Арктического океана, которая, с одной стороны, в какой-то степени разрешала бы проблему его асимметрии относительно дивергентной оси, а, с другой стороны, основывалась бы прежде всего на сейсмической конфигурации осадочного чехла глубоководных провинций Арктического бассейна, согласуясь при этом с многообразием других геофизических и геологических данных как на акватории, так и на континентальном обрамлении.
Цель работы – это попытка реконструировать главные тектонические события истории Арктического океана (после раскола арктической Лавразии) по региональным сейсмическим маркерам осадочного чехла в его глубоководных провинциях, попытка установить и аргументировать причинно-следственные связи между ними.
Достижение поставленной цели предполагало решение следующих задач:
сейсмостратиграфическая интерпретация временных разрезов осадочного чехла Арктического океана, выделение основных несогласий и осадочных комплексов;
сейсмофациальный анализ осадочных комплексов;
выделение региональных сейсмических маркеров в осадочном чехле глубоководных провинций арктической акватории;
корреляция региональных сейсмических маркеров осадочного чехла с наиболее вероятными тектоническими событиями в Арктическом океане и на его континентальном окружении;
реконструкция изменений (на протяжении кайнозоя) обстановки осадконакопления в провинциях Арктического океана по результатам сейсмофациального анализа осадочных комплексов;
контроль установленных корреляционных связей (региональные сейсмические маркеры тектонические события и обстановка осадконакопления) по многообразию других геофизических и геологических данных как на акватории, так и на континентальном обрамлении, а также по кривой глобальных суперциклов эвстатических колебаний относительного уровня моря;
выделение главных тектонических событий истории Арктического океана (после раскола арктической Лавразии) в качестве основных элементов тектонической модели;
анализ карты эпицентров сильных землетрясений Арктико-Азиатского сейсмического пояса и согласование результатов анализа с тектонической моделью Арктического океана.
Оригинальные фактические материалы и методика исследований. Экспериментальной основой работы являлась цифровая база сейсмических данных Арктического бассейна, созданная во ВНИИОкеангеология и интегрировавшая материалы как всех российских сейсмических наблюдений за период с 1961 по 2005 г.г., так и опубликованных зарубежных (1991-2006 г.г.).
В качестве основного инструментария исследований была реализована методология сейсмостратиграфической интерпретации осадочного чехла, которая проводилась в соответствии с главными принципами сейсмической стратиграфии и базировалась на апробированной в многочисленных районах Мирового океана классификации типов сейсмостратиграфических несогласий и сейсмофациальных единиц. Данная классификация определяет взаимосвязь между главными элементами сейсмической конфигурации осадочного чехла (несогласиями или перерывами в осадконакоплении) и наиболее вероятными тектоническим событиями, ставшими причиной их формирования, а также позволяет реконструировать обстановку седиментации и возможные палеоглубины моря (мелководье, шельф, склон, глубоководье) на момент накопления осадков по сейсмическим фациям осадочных комплексов.
Указанная методология позволила выделить региональные сейсмические маркеры осадочного чехла, т.е. такие элементы поля отраженных волн, которые, имея региональную распространенность, являются явными носителями информации о тектонических событиях, сформировавших геологическую структуру региона и его морфологический облик.
Палеотектоническая интерпретация региональных сейсмических маркеров осадочного чехла проводилась в первую очередь с соблюдением событийного принципа, который предполагает причинно-следственную связь главных тектонических событий в Арктическом океане с наиболее значительными перерывами в осадконакоплении, а также с рядом других синхронизированных с перерывами явлений, имевших место как в глубоководных провинциях арктической акватории, так и на ее континентальном обрамлении, и отразившихся, помимо сейсмических, в других геофизических и геологических данных.
Контроль установленных причинно-следственных связей осуществлялся по результатам глубоководного бурения на хребте Ломоносова, по ЛМА в Евразийском суббассейне, по геологическим данным на континентальном обрамлении Арктического океана, а также по кривой эвстатических колебаний относительного уровня моря по модели Вейла.
Личный вклад автора. В качестве геофизика-интерпретатора и супервайзера автор принимал участие в полевых сейсмических работах на арктическом шельфе морей Лаптевых (1985-1986) и Баренцева (1991, 1993, 1995), а также в высокоширотных арктических экспедициях ARK-1998, Арктика-2000 и Арктика-2005. Автором выполнена цифровая обработка представленных в диссертации сейсмических данных МОВ по линиям дрейфов российских ледовых станций в Арктическом океане и кинематическое моделирование по арктическим региональным профилям ГСЗ. Автор также выполнил сейсмостратиграфический анализ и палеотектоническую интерпретацию всех представленных в работе сейсмических разрезов.
Научная новизна работы состоит прежде всего в том, что основные выводы диссертации базируются в первую очередь на сейсмических данных, собранных в глубоководных провинциях арктической акватории (часть из них представлена впервые), в то время как все предшествовавшие тектонические реконструкции Арктического океана основывались на интерпретации аномального магнитного поля.
Впервые на сейсмических разрезах выделены региональные сейсмические маркеры осадочного чехла Арктического океана, которые сопоставлены с материалами глубоководного бурения на хребте Ломоносова, с данными новейших исследований аномального магнитного поля в Евразийском суббассейне, а также с материалами геологических исследований на континентальном обрамлении арктической акватории.
Впервые по региональным сейсмическим маркерам осадочного чехла реконструированы главные тектонические события истории Арктического океана, произошедшие после раскола арктической Лавразии и определяющим образом повлиявшие на структуру осадков и морфологический облик акватории.
Предложено и аргументировано с позиций кайнозойского тектогенеза объяснение асимметрии Арктического океана относительно хребта Гаккеля, в том числе структурной и батиметрической асимметрии Евразийского суббассейна.
Cделана попытка согласовать тектоническую модель истории Арктического океана с данными по сейсмичности Арктико-Азиатского сейсмического пояса.
Впервые предложены и обоснованы вероятностные геодинамические связи главных тектонических событий в Провинции центрально-арктических поднятий с изменениями режима спрединга в Евразийском суббассейне и тектонической обстановки в горной системе Черского.
Практическая значимость и реализация работы. Арктический океан является для России регионом особых научных, геополитических, оборонных и экономических интересов. Максимально протяженные, по сравнению с соседними и противолежащими приарктическими государствами, границы Российского сектора Арктического океана до настоящего времени не имеют юридического статуса.
В 1997 г. Россия ратифицировала «Конвенцию ООН по морскому праву 1982 г.», а затем подготовила Заявку по внешней границе своего континентального шельфа (ВГКШ) в Арктическом океане (ВНИИОкеангеология – ведущая организация по данной проблеме). В 2001 г. российская Заявка была передана на рассмотрение Комиссии ООН по границам континентального шельфа.
Особое внимание экспертов ООН было сконцентрировано на концепции российской Заявки, которая базируется на принадлежности частей крупнейших поднятий Амеразийского суббассейна (Ломоносова и Менделеева) к компонентам континентальной окраины северо-восточной Евразии. Эксперты ООН расценили такую трактовку как отражающую лишь одну из гипотез; по мнению экспертов, хребет Ломоносова и система поднятий Альфа-Менделеева могут интерпретироваться как геологические образования, на которые не распространяется юрисдикция прибрежных государств. При этом критика концепции России была основана не на экспериментальных данных, а прежде всего на том, что она не вписывается в популярную на западе ультрамобилистскую модель эволюции Амеразийского суббассейна.
Предложенная в диссертационной работе тектоническая модель Арктического океана поддерживает концепцию ВГКШ России в Арктике и, являясь непротиворечивой к существующим экспериментальным данным, может служить ее научным обоснованием.
Апробация работы, отдельных ее разделов и положений осуществлялась на ряде конференций и совещаний, в том числе международных. Доклад «Сейсмический разрез между хребтами Гаккеля и Ломоносова в свете проблемы эволюции Евразийского суббассейна» был представлен на III-ей международной конференции по арктическим континентальным окраинам (ICAM III) в г. Селле (Германия), 1998; сообщение «Сейсмостратиграфический анализ осадочного чехла Амеразийского суббассейна» было сделано на международной геофизической конференции «300 лет горно-геологической службе России» в Санкт-Петербурге, 2000; сообщение о результатах глубинных сейсмических исследований в Амеразийском суббассейне было сделано на международном совещании по выбору пунктов глубоководного бурения в Арктическом океане (JEODI Workshop) в Копенгагене (Дания), 2003; доклад «Региональные особенности осадочного чехла Амеразийского суббассейна и возможности их палеотектонического истолкования» был представлен на международной конференции «Морфология и геологическая природа глубоководных акваторий и подводных понятий Арктического бассейна» в Санкт-Петербурге, 2003; доклад «Палеотектоническая интерпретация сейсмических данных в глубоководной Арктике» был представлен на IV-ой международной конференции по арктическим континентальным окраинам (ICAM IV) в Галифаксе (Канада), 2003; доклады о структуре земной коры в зоне сочленения поднятия Менделеева с восточно-арктическим шельфом были сделаны на съезде Американского Геофизического Союза (AGU 2006) в Сан-Диего (США), 2006 и на 33-ем Международном Геологическом Конгрессе (IGC33) в Осло (Норвегия), 2008.
Основные положения и выводы диссертации изложены в ряде рукописных научных отчетов и опубликованы в 30-ти научных трудах, в том числе в 3-х коллективных монографиях и в 7-ми реферируемых журналах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из 6 глав, введения и заключения общим объемом 207 стр., включая список литературы из 92-х наименований и 41 рисунок.
