CC BY
15
УДК 550.382.4
Е.Д. Корякин, А.Н. Груш и некий
ГЕОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ ГРЕНЛАНДИИ И ОКРУЖАЮЩИХ АКВАТОРИЙ
КАЧЕСТВЕННАЯ ИНТЕРПРЕТАЦИЯ
Качественная интерпретация геомагнитного поля над Гренландией позволяет судить о глубине ее фундамента (первый магнитоактивный слой), длинноволновые аномалии — о глубинах поверхности Мохоровичича (второй магнитоактивный слой) этого субконтинента, о его связи с Северной Америкой, с Арктикой, а также с окружающими ее морями.
Введение. Геомагнитное поле Гренландии в настоящее время исследовано достаточно хорошо. Степень его изученности позволяет картировать геомагнитное поле и проводить его интерпретацию с целью изучения строения литосферы.
Геомагнитное поле Гренландии и окружающих ее Баффинова моря, заливов, арктических морей и Атлантического океана взято нами из канадских публикаций [Verhoef et al., 1996]. Для исследования магнитного поля над акваториями использовались суда Канады, США, Великобритании, Норвегии, Исландии, Германии, России, Дании и других стран. Из российских ученых в исследованиях принимали участие сотрудники ВНИИОкеангеологии, Севморгеологии (Санкт-Петербург), МАГЭ (Мурманск), Института океанологии РАН (Москва). Силами указанных российских институтов выполнена съемка восточнее и южнее Гренландии, южнее Исландии, над хр. Рей-кьянес. Канадские исследователи проводили работы над Большой банкой, впадиной Лабрадор, Баффиновым морем, проливом Дейвиса, Срединно-Атланти-ческим хребтом. Военно-морские силы США выполняли съемку над хр. Рейкьянес.
Средняя ошибка российских измерений по пересечениям галсов с галсами судов других стран составила 33,1 нТл при среднем стандартном отклонении 115,6 нТл.
На суше проводилась аэромагнитная съемка. При гидромагнитных измерениях были учтены все необходимые поправки: 1) навигационные (несмотря на то что большинство морских служб имеют теперь установки глобальных позиционных систем GPS); 2) нормального поля; 3) палеомагнитного поля (за последние 150 млн лет); 4) Л/> индекс (показатель степени возмущений магнитного поля, существующих в средних широтах); 5) Л/Г-индекс (для высоких широт, эффект полярных сияний); 6) Dst-iiндскс — индикатор силы кольцевых токов и дневных вариаций.
А/ь 11 нлскс вычислялся по вариациям магнитного поля, наблюдаемого на 11 обсерваториях; составлены таблицы на каждые 3 ч в зависимости от широты; АЕ-индекс определялся по разностям между восточным и западным электровыбросами в то время, когда на 16 обсерваториях, расположенных на широтах севернее 62° магнитной широты, отмечался высокий
уровень электровыбросовой активности полярных сияний. (Для примера приведем соотношение между географической и магнитной широтой в Северном полушарии: 60—70° географической с.ш. равны 70— 80° геомагнитной с.ш.).
/).«-индскс, зависящий от широты и характеризующий влияние круговых токов, вводился один раз в час во время магнитных бурь. Среднее значение ¿>5?-индекса равно —5 нТл; на экваторе оно составляет — 100 нТл. Дневные вариации магнитного поля (без бурь) вычислялись как функция широты.
В качестве источника поправок учитывалось и влияние геомагнитного поля земного ядра (до 50 нТл).
Аэромагнитную съемку выполняли в основном те же страны, что и морскую. Ученые из Канады принимали участие главным образом в аэромагнитной съемке Арктики и Западной Атлантики. Военно-морские силы США вели аэромагнитную съемку морей Гренландского, Норвежского и Линкольна, хр. Альфа, поднятия Менделеева, в районе около Северного полюса, ледового купола Гренландии, а также в море севернее, южнее, западнее и юго-западнее Исландии. Данные российских исследователей охватывают центральную часть Северного Ледовитого океана (получены в 1969—1971 гг.). В 1969 г. проведена съемка района Северного полюса. В 1970 г. работы были продолжены в полосе с координатами от 87 до 77° с.ш. и от 160—170 до 190—210° з.д. (в сторону Канады). И, наконец, в 1971 г. была сделана съемка полосы в юго-западном направлении от 89—85 до 80—78° с.ш. и от 80—175 до 100—150° з.д., захватывающей поднятие Менделеева. Средняя ошибка по пересечениям с американскими профилями составляет 5,5 нТл при стандартном отклонении 183,7 нТл.
Особый интерес вызывают данные, полученные Гренландским геологическим союзом (вви) и Гренландским аэрогеофизическим проектом (вАР). Упомянутые организации находятся в Копенгагене (Дания).
На рис. 1 показана схема плотности покрытия Гренландии и окружающих акваторий аэромагнитной съемкой, которая не была равномерной. Наиболее плотная съемка выполнена для территорий пролива Нарес, впадины Кейн, части моря Линкольна и запа-
да Южной Гренландии (расстояние между профилями 2—4 км). Наименее плотно покрыта съемкой центральная часть ледового купола Гренландии (расстояние между профилями 50—100 км). Южная и Восточная Гренландия, а также арктическая часть акватории (от Гренландии до арх. Шпицберген) покрыты профилями через 5—10 км, для Гренландского и Норвежского морей расстояние между профилями составляет от 10 до 20 км.
Все аэромагнитные данные получены 145 службами, включающими 10 различных институтов. Самолеты летали на разной высоте в зависимости от рельефа местности. Так, канадскими исследователями аэромагнитные измерения были осуществлены на высоте 305 м, а американскими — на высоте 300 м. Данные аэромагнитных съемок GAP и GGU в Центральной Гренландии были получены на высоте 305 м (барометрическая высота), в восточной части острова — на высоте от 600 (море) до 1820 м (суша), а для западной части Гренландии — на высоте от 450 до 1830 м. Российскими учеными аэромагнитные наблюдения выполнялись на высоте 300 м. В горных местах Гренландии измерения велись на высоте от 3974 до 4137 м. Скорость самолетов была примерно 300 км/ч. При составлении карты аномалий введены все необходимые поправки; все данные приведены к уровню моря [Verhoef et al„ 1996].
Аэромагнитная съемка Центральной и Северной Гренландии представляет собой ряд субширотных профилей, а также ряд пересекающих их диагональных профилей, имеющих направление на северо-восток и юго-восток и берущих начало в районе г. Туле. Для Южной Гренландии съемка велась по субширотным и субмеридиональным профилям, их пересекают диагональные профили, протягивающиеся на юго-восток и северо-запад из района пос. Хольстейнбар. Общая длина профилей над Гренландией составила 146 865 км (рис. 1).
Геомагнитные аномалии и их связь с осадочным чехлом. На основании данных указанных выше съемок канадскими исследователями (GAP и GGU, 1991 и 1992 гг.) составлена цветная карта магнитных аномалий, охватывающая всю Гренландию и примыкающие к ней части акваторий. Средняя ошибка по пересечениям равна —0,5 нТл при стандартном отклонении 52,4 нТл.
Цветная шкала магнитных аномалий позволяет судить об общем характере геомагнитных аномалий Гренландии — здесь преобладает красный цвет, что соответствует положительным аномалиям от 200 до 250 нТл, цвет отдельных пятен доходит до фиолетового, что по шкале соответствует крупным положительным аномалиям (до 450 нТл). Это характерно для южной оконечности Гренландии, востока и центральной зоны острова.
Пятна зеленого цвета встречаются в основном на севере и западе острова, немного их на востоке и в центральной части Гренландии, это отрицательные аномалии (от 0 до —150 нТл).
80N
70N
60N
50W
30W
Рис. 1. Схема покрытия аэромагнитной съемкой Гренландии и окружающих акваторий: 1—4 прямые и секущие профили над Гренландией: расстояние между профилями в км: /—50—100; 2— 10—20; 3— 5—10; 4 — 2—4; 5 — гидромагнитная съемка
Такую расцветку можно интерпретировать, по-видимому, следующим образом: положительные магнитные аномалии соответствуют малой глубине залегания верхней границы первого магнитоактивного слоя (фундамента) Гренландии, здесь нет рыхлых отложений, а там, где они есть, аномалии отрицательны или близки к нулю. В работе [Корякин и др., 2006] выделена полоса малой мощности осадочных отложений, идущая вдоль западного побережья Гренландии. В работе канадских исследователей она соответствует области отрицательных геомагнитных аномалий в западной части карты.
В районе о-ва Диско и п-ова Нуусук отрицательные аномалии соответствуют осадочному бассейну, выделенному в работе [Корякин и др., 2006]. Здесь же нами отмечены архейские гнейсы, кварцевые диориты, протерозойские чарнокиты, т.е. метаморфические породы, имеющие небольшую магнитную восприимчивость (у гнейсов и сланцев — до 1 ЮхЮ""6 ед. СС5Е) [Логачев, 1951] и создающие отрицательные или близкие к нулю магнитные аномалии.
Пролив Нарес отмечен отрицательными аномалиями (от 0 до —50 нТл), что свидетельствует о малой мощности осадков (до 1 км). К западу от пролива, на о. Элсмир, отмечены отрицательные аномалии (от —100 до —150 нТл), что указывает на наличие осадочных пород небольшой мощности (1—2 км). Южнее пролива Нарес (впадина Кейн) мощность отложений
Рис. 2. Длинноволновые магнитные аномалии. Расстояние между изодинамами — 25 нТл
также невелика (1 км) [Корякин и др., 2006], на цветной карте GAP на этой впадине также видны отрицательные аномалии. Подчеркнем, что мелководный пр. Нарес имеет то же строение, что и о-ва Элсмир и Гренландия: здесь одни и те же аномалии силы тяжести, схожая мощность осадочных отложений и земной коры, присутствуют отрицательные магнитные аномалии. Пролив нельзя считать местом раз-движения Северной Америки и Гренландии. Можно предположить, что это полюс, относительно которого происходит или происходил разворот Гренландии относительно Канадского щита.
Море Линкольна. Северо-западнее Земли Пири наблюдаются большие отрицательные магнитные аномалии (—225 нТл). Западнее этого участка значения отрицательных аномалий уменьшаются до —150, — 100 нТл, а затем, по мере продвижения на запад, они становятся положительными со значениями 100— 150 нТл. Для моря Линкольна нет сейсмических или гравиметрических данных, чтобы определить мощность осадочных отложений. Сильные отрицательные магнитные аномалии указывают, что верхняя граница магнитоактивного слоя находится глубоко и что над этой границей могут присутствовать осадочные отложения большой мощности.
С запада на восток вдоль моря Линкольна проходит разломная зона Вегенера. Американскими исследователями [Kovacs, Vogt, 1982] выполнен расчет глубин источников магнитных аномалий по программе EMSD (европейские определения глубин магнитных источников) для морей, окружающих Гренландию. Порог чувствительности этого метода выбран в пределах глубин источников от 1 до 10 км. Согласно этим расчетам, в зоне разлома Вегенера глубина источников магнитных аномалий составляет 10 км. Это видно там, где на цветной карте выделены значительные отрицательные аномалии (до —225 нТл). Севернее и южнее разломной зоны глубина залегания маг-нитоактивных источников резко уменьшается до 2— 3 км. Восточнее этой зоны находится субмеридиональный хр. Морриса Езупа с глубиной до магнитоак-тивных источников 4—7,5 км.
Западнее, где аномалии становятся положительными, магнитоактивный слой находится ближе к поверхности, мощность осадочных отложений уменьшается. Средняя ошибка по пересечениям галсов на море Линкольна составляет 5,1 нТл при стандартном отклонении 15,1 нТл.
Море Вандела. К востоку от Земли Пири в море Вандела наблюдаются отрицательные магнитные аномалии (от —50 до —100 нТл). По-видимому, магнитоактивный слой здесь находится на некоторой глубине, а выше его поверхности залегают осадочные породы, причем менее мощные, чем северо-западнее Земли Пири (т.е. в море Линкольна).
Арктика. От Северного полюса до 87—82° с.ш. на долготах от 10° з.д. до 50° в.д. участок Арктики покрыт полосовыми магнитными аномалиями, которые присутствуют во всех океанах. Начало эти аномалии берут в рифтовой зоне хр. Гаккеля. Южнее этой области аномалии создают мозаичное поле с преобладанием отрицательных аномалий (от 0 до —125 нТл). На построенной нами карте осадочных отложений [Корякин и др., 2006] эта часть Северного Ледовитого океана характеризуется их мощностью от 0 до 2,0 км. Еще южнее, между Гренландией и Шпицбергеном, также выявлено мозаичное поле аномалий со значениями от 0 до 175 нТл. На карте [Корякин и др., 2006] на этом участке мощность осадочных отложений не показана, но, судя по магнитным аномалиям, их мощность здесь такая же, как на севере, т.е. 0— 2 км.
Субмеридиональный хр. Ломоносова, идущий вдоль 50° з.д., характеризуется (расчеты по программе EMSD) глубиной залегания магнитоактивных источников от 2 до 7,5 км, на юге хребта их глубина составляет 10 км. Восточнее хребта, вдоль меридиана 20° з.д., глубина кровли магнитоактивного слоя изменяется от 2 до 6 км. При продвижении вдоль Гренландского шельфа на юг по 10° з.д. отмечаются изменения глубины магнитных источников от 3 до 10 км. Максимальные значения (10 км) выявлены на 80°, 78°, 77° с.ш. Здесь расположены отроги субширотной Гренландской зоны разломов, расположенной восточнее — от 1 до 5° в.д.
К югу от этой области, в Гренландском и Норвежском морях, от рифтовой зоны хр. Кольбенсей аномалии принимают вид полосового поля. Глубина до магнитоактивного слоя, вычисленная по программе EMSD, вдоль меридианов 15—17° з.д. изменяется от 3 до 10 км. Максимальные значения (7,5— 10 км) наблюдаются на 76 и 72° с.ш. Минимальная глубина кровли магнитоактивного слоя (3-4 км) отмечена на 75—72° с.ш. (на 15° з.д.). Мощность осадочных отложений здесь изменяется от <1 до 2 км [Корякин и др., 2006]. Лишь у берегов Гренландии, там, где на составленной нами карте выявлен крупный осадочный бассейн (мощность осадочного слоя 4,5—10,5 км), отмечены сильные отрицательные магнитные аномалии (до —200 нТл).
К северу от Исландии продолжаются полосовые аномалии, берущие начало у хр. Кольбенсей.
К юго-западу от Исландии выявлено полосовое магнитное поле, начинающееся от рифтовой зоны хр. Рейкьянес, и лишь на близком расстоянии от побережья Гренландии наблюдаются отрицательные аномалии (от —150 до —200 нТл). Около берегов Гренландии они становятся положительными (от 200 до 400 нТл). Мощность осадочных отложений здесь небольшая (от 0,5 до 1,5 км).
Далее на юг и юго-запад простирается акватория Атлантического океана, дно которого характеризуется полосовыми магнитными аномалиями от Срединно-Атлантического хребта. Часть этих полосовых аномалий переходит в Лабрадорское море.
В центральной части этого моря, между Гренландией и п-овом Лабрадор проходит Срединный хребет Лабрадорского моря [Удинцев, 1987; Vogt et al., 1982]. Этот хребет имеет рифтовый характер, к западу и к востоку от него видны полосовые аномалии. Вблизи берегов Гренландии номера полосовых аномалий достигают 30 (поздний мел), около п-ова Лабрадор аномалии обрываются на № 28. Срединный хребет Лабрадорского моря пересечен рядом поперечных разломов, на которых обрываются полосовые аномалии, скорее всего это древний рифт, от которого произошло раздвижение коры Лабрадорского моря и отделение субконтинента Гренландия от материка Северная Америка.
Восточнее п-ова Лабрадор имеется крупный осадочный бассейн [Корякин и др., 2006]. Полосе очень мощных осадочных отложений (от 6,5 до 9,0 км) соответствует полоса очень сильных отрицательных магнитных аномалий (от —400 до —600 нТл). Далее на запад мощность осадочных отложений уменьшается от 1 до 4 км соответственно, и магнитное поле становится положительным (от 0 до 200 нТл).
Подобный характер поля сохраняется и на север от этого района (пролив Девиса). Здесь геомагнитное поле имеет мозаичный вид, характеризуется небольшими положительными и отрицательными аномалиями и соответственно малыми мощностями осадочных отложений (от <1 до 4 км).
Баффиново море. В западной части моря находится осадочный бассейн (мощность осадков от 4 до
4 4 2 0 -2 "4 "4 -2
Рис. 3. Спутниковые магнитные аномалии. Расстояние между изодинамами — 2 нТл
12 км), магнитное поле здесь имеет мозаичный вид. Над осадочным бассейном выявлены крупные отрицательные аномалии (до —500 нТл). В остальной части моря мощность осадочных отложений варьирует от 1,6 до 4,5 км [Корякин и др., 2006].
Длинноволновые геомагнитные аномалии и поверхность Мохоровичича (рис. 2). Аномалии с большой длинной волны (свыше 400 км) отражают глубинное строение Земли. Они вычислены как среднее значение аномалий по кругу с радиусом 400 км.
Значения длинноволновых аномалий для Гренландии в основном возрастают с северо-запада на юго-восток. В северо-западной части Гренландии, в пр. Нарес и впадине Кейн аномалии отрицательные (—50 нТл); далее на юго-восток они увеличиваются, южнее центральной области (в районе 70° с.ш.) значения аномалий достигают 200 нТл. Это можно объяснить приближением к поверхности Гренландии второго магнитоактивного слоя, находящегося у поверхности Мохоровичича (М). Базальты и перидотиты имеют сильную магнитную восприимчивость (от 4500х10_6 до 28000x10-6 ед. СС5Е) [Логачев, 1951], а здесь они приближаются к поверхности до глубины -20 км. К сожалению, на территории Гренландии до сих пор не определены значения глубины до поверхности М\ предполагается, что на этом субконтиненте
они варьируют от 20 до 45 км. Эти значения, по-видимому, вычислены по рельефу местности, который тоже не всегда определен правильно. Нами составлена карта глубин поверхности М по гравиметрическим и сейсмическим данным [Корякин и др., 2006] в основном для акваторий, окружающих Гренландию, а также для прибрежной полосы острова. Сравнивая эту карту с рис. 2, можно считать, что наибольшие значения глубины поверхности М совпадают с отрицательными длинноволновыми аномалиями геомагнитного поля.
Спутниковые аномалии (рис. 3) отражают контраст в намагниченности литосферы как под океанами, так и под континентами [Агкаш-Натес! сп а1., 1995]. Канадские исследователи [УегЬоеГ е1 а1., 1996] приводят карту спутниковых аномалий для Северной Атлантики, куда входит и Гренландия. В северо-западной части острова видна крупная положительная аномалия округлой формы (6 нТл), плавно уменьшающаяся до 2 нТл. Западнее Исландии также выявлена положительная аномалия (4 нТл), уменьшаю-
щаяся до нуля. В южной части Гренландии также отмечена аномалия (4 нТл). В центральной части острова аномалии отрицательные (от 0 до —2 нТл). В Арктике аномалии тоже отрицательные (—6, —4 нТл), в морях Линкольна и Вандела, а также западнее о-ва Ян-Майен — —2 нТл, в Лабрадорском море — от 2 до —4 нТл, севернее, в море Баффина —2 нТл, во впадине Кейн и пр. Нарес — от 2 до —2 нТл. (Все аномалии даны для высоты 400 км, без пересчета на уровень моря.)
Заключение. Сравнение карты спутниковых аномалий с картой длинноволновых аномалий показывает их несовпадение. По мнению канадских исследователей, карта спутниковых аномалий представляется более реальной.
Таким образом, исследование геомагнитного поля Гренландии позволяет уточнить строение осадочного чехла этого острова, его структуру и взаимодействие с материком Северной Америки, с Арктикой и окружающими морями.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Корякин Е.Д., Груишнсшй Л.Н., Строев П.А. Мощность и плотность отложений Гренландии и прилегающих акваторий // Изв. вузов. Геология и разведка. 2006. № 3. С. 77-80.
2. Корякин Е.Д., Груишнсшй А.Н., Строев ПА. Строение земной коры Гренландии и окружающих акваторий // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 4. Геология. 2006. № 6. С. 47—52.
3. Логачев A.A. Курс магниторазведки. М.. 1951.
4. Удинцев Г.Б. Рельеф и строение дна океанов. М, 1987.
5. Arkani-Humed J., Verhoef J., Roest IV.fi., Macnab fi. The intermediate-wavelength magnetic maps of the Atlantic Ocean derived from satellite and shipborne data // Geophys. J. Int. 1995. Vol. 123. P. 727-743.
6. Kovacs L.C., Vogt P.fi. Depth-to-magnetic source analysis of the Arc-tic Ocean region // Tectonophys. 1982. Vol. 89, N 1-3. P. 255-294.
7. Verhoef J., Roest IV. R., Macnab R., Arkani-Homed J. Magnetic anomalies of the Arctic and North Atlantic oceans and adjacent land areas. // Canadian Geol. survey. 1996. Op. feil 3125b. Vol. I, II. (Disk).
8. Vogt P.R., Kovacs L.C., Benero C., Srivastava S.R. Asymmetric geo-physical signature in the Greenland-Norwegian and Labrador seas and the Eurasian Basin // Tectonophys. 1982. Vol. 89. N 1-3. P. 95-160.
Поступила в редакцию 15.01.2008
