Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Строение и развитие главнейших элементов морфоструктур региона .
I. Геолого-геофизическая изученность 7
2. Основные черты строения литосферы и развитие морфоструктуры региона 19
Глава II. Материковые окраины Австралии и Антарктиды. Наиболее общие черты строения и развития в мезо-кайнозое 33
I. Подводная окраина Антарктиды
2. Подводная окраина Австралии 38
3. Результаты глубоководного бурения на материковой окраине Австралии 43
Глава III. Кино-Австралийская и Австрало-Антарктическая котловины. Геоморфология и история развития рельефа 47
I. Общая характеристика рельефа глубоководных котловин
2. Южно-Австралийская котловина 48
3. Австрало-Антарктическая котловина 58
4. Анализ геофизических полей котловин 61
5. Особенности осадконакопления в регионе. История седиментации в юго-восточной части Индийского океана в связи с тектонической эволюцией котловин 65
Глава ІV. Юго-Восточный Индийский хребет (Австрало-Антарктическое поднятие). Геоморфология и структура 78
I. Общие черты рельефа.
2. Региональный анализ рельефа Юго-Восточного Индийского хребта 79
3. Анализ геофизических полей 89
4. Анализ геомагнитных данных в связи с историей спрединга Юго-Восточного Индийского хребта 95
5. Анализ характера распределения глубин акустического фундамента в регионе; выявление области "аномальных" глубин ИЗ
6. Связь между современным распределением глубин в регионе и возрастом раскрытия 120
Глава V. Строение и развитие асеисмичных хребтов в юго-восточной части Индийского океана 131
I. Общая характеристика асеисмичных хребтов
2. Геоморфология и строение хребта Брокен (Западно-Австралийского) 133
3. Геоморфология и строение плато Кергелен 146
4. Геоморфология и строение плато Натуралиста. 156
5. Общие черты строения и развития асеисмичных хребтов на юго-востоке Индийского океана в мезо-кайнозое 162
Глава УІ. История развития рельефа дна юго-восточной части Индийского океана 163
I. Раскол Гондваны и движение материков в мезо-кайнозое -
2. Эволюция главнейших морфоструктур в связи с геодинамикой региона 175
Заключение 176
Литература 179
- Геолого-геофизическая изученность
- Подводная окраина Антарктиды
- Общая характеристика рельефа глубоководных котловин
- Региональный анализ рельефа Юго-Восточного Индийского хребта
- Геоморфология и строение хребта Брокен (Западно-Австралийского)
Введение к работе
Юго-восточная часть Индийского океана долгое время оставалась одним из наименее изученных районов Мирового океана. Недостаточность данных, главным образом по структуре дна, затрудняла интерпретацию истории тектонического развития Индийского океана в целом.
В начале 70-х годов на юго-востоке океана были проведены комплексные геолого-геофизические работы и глубоководное бурение,показавшие необходимость дальнейшего более детального изучения региона. Здесь были обнаружены своеобразные формы рельефа, не имеющие аналогов в других районах Мирового океана; выявлены обширные области дна, характеризующиеся аномальными геофизическими полями.
В последнее десятилетие в пределах юго-восточной части Индийского океана был проведен ряд комплексных геолого-геофизических экспедиций как зарубежных, так и советских, собравших большой новый фактический материал. Регионального обобщения результатов всех этих работ не производилось. Накопившиеся в настоящему времени данные требуют осмысления и комплексного регионального синтеза, с обобщением большого объема материалов по геоморфологии, геофизическим полям и особенностям осадконакопления. Такое исследование тем более актуально, что в советской литературе очень мало работ посвящено анализу строения Австрало-Антарктического региона.
Основу настоящей диссертационной работы составляет структурно-геоморфологический анализ, проведенный с позиций теории тектоники литосферных плит, с использованием геофизических данных,необходимых для выяснения строения и генезиса рельефа. Структурно-геоморфологический анализ является эффективным методом исследования истории развития рельефа. Применение такого анализа к имеющимся - 5 -данным по строению юго-восточной части Индийского океана позволяет по-новому подойти к реконструкции этапов его эволюции в мезо-кайнозое.
Соответственно, целью настоящего исследования является детальный структурно-геоморфологический анализ рельефа дна юго-восточной части Индийского океана. Границы этого огромного по площади региона (10,5 млн км ) протягиваются на юге вдоль берегов Антарктиды, на севере - вдоль берегов Австралии, зоны разломов "Диаман-тина" и хребта Брокен, на западе регион ограничен плато Кергелен и разломом Амстердам, а на востоке - возвышенностью Милл и хребтом Маккуори. В задачи исследования входит: I) изучение геоморфологии района (с анализом роли эндогенных и экзогенных факторов,влияющих на формирование рельефа); 2) анализ особенностей геофизических полей; 3) описание основных морфоструктур с установлением генезиса и истории формирования каждой из них; 4) восстановление основных этапов эволюции главнейших морфоструктур в мезо-кайнозое.
Научная новизна работы предопределяется комплексным подходом к исследованию. Впервые составлены геоморфологическая и морфост-руктурная карта региона. Произведено структурно-геоморфологическое и тектоническое районирование исследуемого региона. Выявлена унаследованность развития главнейших элементов дна.
В диссертации проведено детальное рассмотрение истории раскола между Австралией и Антарктидой, начиная с возникновения системы континентальных рифтов по намечающейся границе плит до образования нормального океанического бассейна соспрединговым хребтом.
В основу проведенного исследования по юго-восточной части Индийского океана были положены систематизированные автором открытые фондовые материалы советских и иностранных океанографических экс- педиций, представленные эхолотными профилями, синхронными с ними записями аномалий магнитного и гравитационного полей, а также профилями НСП. В работе использованы также материалы самого последнего рейса в этот район, 7-го рейса нис "Академик Мстислав Келдыш" (1984), в котором проводились комплексные геолого-геофизические исследования хребта Брокен (Западно-Австралийского).
При написании диссертации были широко использованы литературные данные разных лет.
Практическая ценность диссертационной работы заключается в том, что ее выводы могут быть использованы для эффективного составления программ геолого-геофизических работ на юго-востоке Индийского океана. Комплексный региональный анализ дал возможность существенно детализировать историю развития региона в свете раскола Гондваны. Выводы диссертации окажутся полезными для составления палеогеодинамических и палеогеоморфологических карт, а также для поисков полезных ископаемых (поля конкреций)»
Методика морфометрического анализа, предложенная в диссертации может быть использована при анализе рельефа других районов Мирового океана.
Работа выполнена в Лаборатории геоморфологии и тектоники дна океана Института океанологии им. П.П.Ширшова.
Автор выражает глубокую благодарность своему научному руководителю д.г.н. .А.В.Живаго за всестороннюю помощь. Автор признателен А.А.Шрейдеру за ценные советы и практическую помощь в обработке материалов по магнитометрии. В процессе работы автор пользовался консультациями И.П.Лукашевич, Е.Г.Мирлина, Л.А.Савостина, О.Г.Со-рохтина. Автор считает своим приятным долгом выразить им свою искреннюю благодарность.
Геолого-геофизическая изученность
Индийский океан, построенный наиболее сложно из всех трех океанов, до конца 50-х годов оставался наименее изученным в геолого-геофизическом отношении. Особенно мало данных было собрано по южной части Индийского океана.
Первые значительные по объему исследования были проведены английским исследовательским судном "Дискавери" в 1932-39 гг. Эхолотные записи по южной части океана (между 30 ю.ш. и побережьем Антарктиды), сделанные в ходе этих исследований, неоднократно использовались впоследствии для составления батиметрических карт ( Herdraan, 1948).
В 1956 году начались работы Советской Антарктической экспедиции, которые явились подготовкой к проведению исследований по программе Международного Геофизического года (МГГ) в районе Антарктики. Морской отряд Советской Антарктической экспедиции работал в южной части Индийского океана на судах "Обь" и "Лена". Эти исследования дали богатый материал по рельефу и распределению осадков на подводной окраине Антарктиды и в прилегающих частях глубоководных котловин (Живаго, I960; Живаго, 1961; Лисицин, Живаго, 1958; Индийский океан (карта), 1963). Впоследствии эти материалы, наряду с материалами других экспедиций, легли в основу составления Атласа Антарктики (Атлас Антарктики, 1966).
Изучение осадков Индийского океана позволило вскрыть многие существенные черты современного осадкообразования, определить основные особенности распределения океанских осадков (Безруков,1962; Лисицин, 1961). Изучение подводного рельефа в совокупности с геофизическими данными дало возможность наметить эволюцию основных морфоструктур и определить особенности современных рельефообра-зующих процессов (Живаго, 1971,1975).
После успешного завершения МГГ, ЮНЕСКО было предложено провести исследования Индийского океана по программе Международного Геофизического сотрудничества (МГС). Научный комитет по океанографическим исследованиям провел комплексную Международную Индо-океанскую экспедицию (МИОЭ). В работах этой экспедиции с 1959 по I960 г. приняли участие около 20 стран. Существенный вклад в изучение Индийского океана внесли советские исследования: рейсы 31, 33,35,36 и 40 нис "Витязь", а также совместная экспедиция нис "Академик Курчатов" (2-ой рейс) и нис "Витязь" (41-ый рейс).Особенности рельефа дна Индийского океана по материалам этих рейсов были описаны в работе Канаева (1967).
Глубинное сейсмическое зондирование, проведенное в ходе этих исследований, позволило составить представление о строении земной коры в Индийском океане (Строев, Гайнанов, 1965, Непрочнов и др., 1967). Одним из важнейших результатов работ в программе МИОЭ было открытие крупнейшего глыбово-вулканического хребта Индийского океана - Восточно-Индийского (хребта Девяностого градуса)детально описанного в работе Безрукова и Канаева (1963).
36-ой рейс "Витязя" и совместная экспедиция 41-го рейса "Витязя" и 2-го рейса "Академика Курчатова" имели ярко выраженную геолого-геофизическую направленность. При этом основное внимание было уделено изучению особенностей строения срединно-океаничес-ких хребтов (Катаев,Михайлов,1969). Использование широкого комплекса геолого-геофизических исследований привело к важным выводам о тектонике Индийского океана в целом (Катаев,1975; Удинцев,1965; 1969).
Подводная окраина Антарктиды
Особенности геоморфологии материковой окраины Антарктиды во многом обязаны климату и деятельности ледников. Подводная окраина Антарктиды явилась объектом специальных исследований Советской Антарктической экспедиции на дизель-электроходе "Обь" (Живаго, Лисицин, 1957; Живаго, 1961; Корт 1961) в результате чего впервые было дано подробное представление о ее сложном рельефе.
Наличие огромного ледника, активно воздействующего не только на поверхности материка, но и на его подводную окраину, привело к тому, что последняя сильно отличается от подводных окраин других материков.
Антарктический шельф опущен в ряде мест на глубину до 1600м. Здесь широко представлены разнообразные формы рельефа ледникового происхождения, что позволяет относить его к особому типу "ледниковых" шельфов, характерных для областей современного или четвертичного оледенения (Живаго, I960). Формирование рельефа антарктического шельфа связано, с одной стороны, с действием ледовой нагрузки, которая приводит к изостатическому опусканию материка и растрескиванию его поверхности, а с другой - к обработке движущимся льдом поверхности шельфа и созданию глубоких продольных и поперечных депрессий, как правило, вдоль тектонических разломов. Кроме того, за счет отложения материком рыхлого материала на поверхности шельфа могут создаваться валы, холмы и гряды, т.е."подводные морены" (Канаев, 1979).
По характеру рельефа шельф четко разделяется продольным желобом или уступом (рис. 3) на внутреннюю и внешнюю части (Волоки тина, 1975; Живаго, 1975; Строев и др., 1967, Ушаков С.А,,1963). Ближайшая к берегу зона бугристого шельфа по-существу не является шельфом в обычном понимании этого термина. Его морфология обусловлена в основном структурными особенностями пород, слагающих дно, а также молодыми разломами, ориентированными преимущественно параллельно берегу континента. Своеобразие рельефа этой части шельфа объясняется консервацией этой полосы дна материковыми льдами, край которых начал отступать сравнительно недавно.
Внутренняя часть шельфа отделяется от внешней внутришельфо-вым желобом (рис. 3), представленным системой глубоких (до 1600м) линейных депрессий. Полоса этих депрессий прослеживается практически вдоль всей восточной окраины материка. Положение внутрише-льфового желоба совпадает с древним положением края материковых льдов.
Общая характеристика рельефа глубоководных котловин
Большая часть региона занята глубоководными котловинами: Южно-Австралийской на севере и Австрало-Антарктической на юге. Обе котловины были сформированы в ходе спрединга Юго-восточного Индийского хребта преимущественно в кайнозое. В пределах глубоководных котловин представлено несколько типов рельефа:
1) Наиболее глубоководные части котловин заняты плоскими абиссальными равнинами, покрытыми мощным (более 500 м) осадочным покровом. Максимальная мощность осадков (1-1,5 км) наблюдается вблизи материкового подножья, что связано с близостью источника сноса.
2) Плоские абиссельные котловины нередко окаймляются зоной равнин, где отдельные холмы и горы поднимаются над совершенно плоской поверхностью, причем, площадь, занятая выступами фундамента примерно равна площади выровненных участков. Этот тип рельефа характерен для ранней стадии формирования плоских абиссальных равнин (Иль - 48 -ин, 1976).
3) К флангам Юго-Восточного Индийского хребта широкой полосой примыкают зоны холмистого рельефа, характеризующегося блоково-грядовым расчленением, аналогичным расчленению флангов. Однако, здесь, как правило, несколько меньше амплитуда расчленения рельефа, менее отчетливо выражены формы рельефа, обусловленные тектоникой.В центральной части региона холмистые равнины, в основном, лишены осадочного покрова, он встречается лишь отдельными пятнами. На западе (западнее 110 в.д.) фланги срединного хребта и холмистые равнины перекрыты маломощным чехлом осадочных отложений (около 100 м), облекающим формы рельефа фундамента.
4) В северо-западной части описываемого региона, у материковой окраины Австралии протягивается полоса глубоководных депрессий: зона разломов "Диамантина" и желоб "Оби". В пределах депрессий развит очень контрастный высокоамплитудный рельеф, представленный чередованием узких коротких хребтов и разломных ущелий.
Южно-Австралийская котловина протягивается на I860 км в длину и на 900 км в ширину к югу от Австралии. На западе котловина ограничена одним из крупнейших трансформных разломов - разломом Амстердам и хребтом Брокен, а на востоке - Южно-Тасманским поднятием. Западную часть котловины, к западу от 115 в.д. до южного окончания Восточно-Индийского хребта иногда называют Амстердамской котловиной (Канаев, 1979), хотя структурно и морфологически она принадлежит Южно-Австралийской котловине и большая ее часть является северным флангом Юго-Восточного Индийского хребта.
Абиссельные равнины
Дно Южно-Австралийской котловины в ее центральной части опу - 49 -щено на глубину более 5000 м, достигая в некоторых местах 5600--5800 м, что на несколько сот метров превышает глубины котловин того же возраста в других районах Мирового океана. Поверхность котловины существенно выровнена в восточной части и значительно расчленена в западной. В северо-восточной части котловины расположена плоская абиссальная равнина. Максимальной ширины она достигает в районе 128-135 в.д.,а затем резко сужается и протягивается узким заливом к юго-востоку вдоль континентальной окраины Австралии(рис.З) На севере в пределах равнины наблюдается большое количество выступов фундамента, относительной высотой около 500 м, с пологими склонами, перекрытыми осадками. Согласно геофизическим данным мощность осадков между холмами достигает 1-1,5 км, что значительно больше, чем в пределах плоской абиссальной равнины (500-1000 м). Осадки здесь перекрывают глубоко погруженный фундамент, характеризующийся высокоамплитудным расчленением, и лежащий на продолжении зоны разломов "Диамантина" (Литвин, 1982). Предполагается, что эта полоса дна является захороненной частью зоны разломов "Диамантина" (Cande, Mutter, 1982) (рис. 2).
Региональный анализ рельефа Юго-Восточного Индийского хребта
Юго-Восточный Индийский хребет (Австрало-Антарктическое поднятие) протягивается от плато Амстердам к юго-востоку, являясь непосредственным продолжением Центрально-Индийского хребта. На меридиане 110 в.д. простирание хребта меняется на широтное(вдоль 50 ю.ш.) и остается таким на протяжении около 2500 миль вплоть до меридиана 139 в.д. К востоку от 139 в.д. хребет испытывает ряд крупных сдвигов, в результате чего ось хребта оказывается смещенной непосредственно к материковой окраине Антарктиды.Далее к востоку Юго-Восточный Индийский хребет соединяется с комплексом Маккуори и Южно-Тихоокеанским поднятием, образуя узел тройственного сочленения между Индо-Австралийской, Антарктической и Тихоокеанской плитами. Общая длина хребта от горного массива Амстердам до хребта Маккуори составляет 3500 миль.
Характерной особенностью морфологии Юго-Восточного Индийского хребта является его большая ширина (500-900 миль) и относительно небольшая высота (1200-1500 м), благодаря чему он получил свое второе название - Австрало-Антарктическое поднятие. Действительно, по своему морфологическому облику Юго-Восточный Индийский хребет мало похож на горное сооружение, а представляет собой очень широкое валообразное поднятие, поверхность которого сильно расчленена, но глубина расчленения в целом незначительна (первые сотниметров). Интенсивность расчленения постепенно возрастает с приближением к оси спрединга, однако границы осевой зоны не везде выделяются достаточно отчетливо. Рифтовая долина развита фрагментарно, и прослеживается преимущественно в западной части хребта. Самая глубокая ложбина в пределах осевой зоны (4755 м) обнаружена на 117 в.д. (Канаев, 1979).
Фланги Юго-Восточного Индийского хребта постепенно переходят в холмистое дно глубоководных котловин. Как правило, переход от наклонной поверхности флангов к горизонтальному уровню дна котловин происходит в районе участков ложа имеющих миоценовый возраст. Однако, на северном фланге хребта склон, не меняя своего угла наклона уходит под плоскую аккумулятивную равнину, поэтому, здесь граница между склонами и абиссальной котловиной условно проводится по изохроне 10 млн лет (рис. 2). На флангах Юго-Восточного Индийского хребта встречается довольно много подводных гор, относительной высотой до 2 км. На южном фланге хребта количество гор несколько больше, чем на северном, причем большинство их сконцентрировано в пределах молодых участков ложа (до 10 млн лет). Большинство гор имеет простую коническую форму, и вероятно,представляет собой вулканы. Крупные массивы из нескольких подводных гор встречаются редко.
2. Региональный анализ рельефа Юго-Восточного
Индийского хребта
Строение массива Амстердам
В северо-западной части хребта расположено крупное горное сооружение - массив Амстердам. Этот массив и прилегающая к нему часть срединного хребта были исследованы Американской экспедицией на "Арго" в I960 г. и советской экспедицией на "Витязе" в 1965 г. Массив Амстердам в своей основе представляет плато,отно - 80 -сительной высотой 1500 м, со слабо расчлененными склонами,крутизной на западе - 6, а на востоке - 12. Это обширное плоское основание, лежащее на глубине 3200-3500 м, надстроено двумя крупными вулканическими горами, поднимающимися над уровнем моря - островами Амстердам и Сен-Поль» Высота о-ва Амстердам над поверхностью плато - 800 м. Он имеет изометричные очертания и крутые (7-13), почти нерасчлененные склоны. Вулкан венчается кальдерой. Согласно геологическим данным ( Watkings et alJ975), вся вулканическая постройка о-ва Амстердам образовалась в период 0,4-0,2млн лет Последние извержения имели место всего несколько сот лет тому назад. Несмотря на отсутствие фумарол вулкан о-ва Амстердам считается активным.
Вторая крупная вулканическая постройка - о-в Сен-Поль - лежит в 100 км к западу от рифтовой долины Юго-Восточного Индийского хребта. Небольшая площадь о-ва по сравнению с о-вом Амстердам, объясняется тем,что вся северо-восточная часть вулкана была опущена под уровень океана по разлому СЗ-ЮВ простирания. Вулкан имеет очень крутые склоны. В центральной части его расположена кальдера, диаметром 1,6 км, заполненная водой. Согласно геологическим данным (Watkings et al, 1975) вулкан образовался недавно,примерно 0,1 млн. лет назад. В настоящее время здесь еще действуют фумаролы и обнаруживаются другие проявления вулканической активности. Толеитовые базальты о-вов Аистердам и Сен-Поль отличаются от базальтов срединно-океанического хребта повышенным содержанием железа, марганца, калия, стронция, рубидия, т.е. они близки по составу к базальтам горячих точек (WMtford, Duncan, 1978),
Геоморфология и строение хребта Брокен (Западно-Австралийского)
Хребет Брокен (Западно-Австралийский) протягивается от района южной оконечности Восточно-Индийского хребта на 1200км (750 миль) с запада на восток в направлении юго-западной окраины Австралии. Ширина хребта изменяется от 40 км в его средней части до 70-80 км на западе. Вершинная поверхность хребта опущена на глубину от 1000 до 2000 м. На большинстве карт показано, что хребет Брокен на западе соединяется с Восточно-Индийским хребтом, но в действительности он отделен от последнего глубоким понижением .дна (рис. 28а), в центре которого находится обособленный массив с отметкой вершины 1437 м ( Отчет о 25-ом рейсе "Дмитрия Менделеева").
В поперечном профиле (рис. 29,30) хребет Брокен напоминает гигантский уступ с крутым южным и пологим северным склонами. Гребень хребта, в месте перехода северного склона в южный обычно бывает надстроен узкой грядой с шириной основания 5,5-6,0 миль. Вершина гряды отстоит от поверхности океана на II00-I30O м. Относительное превышение ее над пологим северным склоном хребта составляет 450-500 м. На многих поперечных профилях (рис.29,30) отмечаются четкие уступы в верхней части южного склона этой гряды.
Высшая точка хребта с отметкой вершины 563 м находится на северном склоне вблизи гребня хребта и имеет координаты 31,23 ю.ш. 94,58 в.д. - это вулканическая гора, получившая название горы Безрукова (рис. 286) Гора была исследована с помощью подводных погружаемых аппаратов в 7-ом рейсе "Академика Мстислава Келдыша . Было установлено, что она имеет в плане форму овала, длинная ось которого вытянута согласно общего простирания краевых нарушений западной части хребта Брокен - юго-восточно - северо-западного. По-видимому генезис вулкана связан с одним из таких нарушений, т.к. на его продолжении к северо-западу обнаружена еще одна гора с отметкой вершины 1314 м, также по-видимому, вулканического происхождения. Возникновение вулкана относится к концу--началу четвертичного времени.
На склонах горы Безрукова обнажаются две серии вулканических образований: нижняя, предствленная, в основном, подушечными лавами, и верхняя - состоящая из вулканитов субаэрального облика, покрытых местами железо-марганцевыми корками. Вершина горы по-видимому, подверглась субаэральному выравниванию.
Севенш_склон_ хребта Брокен характеризуется незначительными уклонами - 1-2. Его морфология обусловлена моноклинальным залеганием слоев осадочных пород, имеющих возраст от мелового до четвертичного. В наиболее приподнятой части северного склона обнаруживаются протяженные неглубокие депрессии, мощность осадков в которых оказывается несколько большей по сравнению с прилегающими участками хребта. Как видно на широтном профиле (рис.286) здесь выделяются .два крупных понижения, относительной глубиной 400-500 м. По данным НСП понижение заполнено осадками, мощностью более 1000м, которые полностью скрывают сильно расчлененную поверхность фундамента и придают понижению вид пологой чаши. Интересно отметить, что по данным НСП молодая осадочная
