CC BY
5
УДК 551 24 Н.С. Соколов
КОРРЕЛЯЦИЯ ГЕОЛОГО-ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ВДОЛЬ
ОСИ СРЕДИННО-АТЛАНТИЧЕСКОГО ХРЕБТА И ПРЕДДУГОВАЯ ОБСТАНОВКА
НА ЕГО ВОСТОЧНОМ ФЛАНГЕ
Введение. Современный уровень геолого-геофи-зической изученности Атлантического океана самыми различными методами позволяет анализировать его территорию на глобальном и частично региональном масштабных уровнях, считая покрытие этой территории полным и равномерным Накопленный набор данных представляет разные компоненты единой системы и позволяет решать разнообразные задачи о строении литосферы Атлантики и Срединно-Ат-лантического хребта (САХ) как зоны наращивания океанической коры Анализ данных на большой площади и вдоль оси САХ показывает наличие взаимосвязанной системы фактов, не все из которых объяснимы с точки зрения классической геодинамической модели океана Статья посвящена описанию упомянутой системы фактов вдоль САХ и их корреляции с некоторыми площадными данными Геодинамическая интерпретация проводиться не будет
Используемые материалы В работах [Соколов, 2003, Соколов и др , 2005, ВлШпеу е1 а1, 2004] проводился анализ неоднородностей литосферы Атлантического океана по 10 геолого-геофизическим параметрам Была проведена классификация этих неоднородностей методом кластерного анализа, когда определялись различные устойчивые сочетания параметров (кластеры или просто группы), незаметные при обычном визуальном анализе Для определения типов литосферы были выбраны следующие параметры мощность осадочного чехла, тепловой поток, рельеф дна, гравитационная аномалия Буге, изостазия, томография по поверхностным волнам Лява, продольным и поперечным волнам, аномальное магнитное поле (в аналитическом виде), плотность суммарного сейсмического момента (количество выделившейся сейсмической энергии на единицу площади) Все данные, выбранные для описания литосферы Атлантики, равномерно покрывают изучаемую площадь Расчеты проводились для матриц с параметризацией 1x1 дуговой градус; не рассматривались свойства литосферы на прилегающих континентах и в областях проявления субдукции (море Скоша, Карибский бассейн)
Основные результаты проведенной классификации литосферы Атлантики представляют собой 15 устойчивых сочетаний использованных параметров (кластеров), значения которых приведены в таблице
Полученные типы формируют 4 основные тектонические группы 1-я группа САХ (2, 5, 7, 10, 11, 8, 14, выделено серым цветом в таблице), 2-я группа глубо-
ководных котловин (6, 12), 3-я группа континентальных окраин (4, 9, 13, 15), 4-я группа наложенных явлений (1, 3)
В статье рассматривается корреляция группы кластеров САХ с другими геолого-геофизическими параметрами вдоль оси хребта
Результаты корреляции данных. Опираясь на опыт работы [Дмитриев и др , 1999], в которой был установлен факт корреляции гравитационных аномалий Фая и Буге вдоль оси САХ с характеристиками продуктивности базальтового магматизма и типами базальтов, начнем описание характеристик САХ именно с этих аномалий (рис 1, А, Б) Для построения профилей этих аномалий использовались данные спутниковой альтиметрии [Sandwell, Smith, 1997], данные по рельефу дна [ЕТОРО-5, 1993] и рассчитанные по ним аномалии Буге [Мазарович, Соколов, 2004] Значения гравитационной аномалии Фая, которые в основном пропорциональны рельефу, показывают положительные аномалии в области Исландского и Азорского плюмов, а также в области горячей точки Буве (около 54° ю ш ), что коррелирует с повышенной продуктивностью магматизма в районе плюмов под САХ, а также с проявлением характерной глубинной базальтовой ассоциации [Дмитриев и др , 2006] — "плюмовой" Области холодной и более жесткой литосферы характеризуются пониженными и более дифференцированными значениями аномалии Фая, которые занимают практически всю Центральную и в значительной степени Южную Атлантику Аномалия Буге в основном отражает положение границы М и является практически зеркальным отображением аномалии Фая Это говорит о том, что области повышенной продуктивности базальтового магматизма обладают и повышенной мощностью коры вдоль САХ, залегающей на вязком мантийном субстрате в области плюмов, а также являются областями, где работает изостатический механизм, уравновешивающий нагрузки коры на мантию архимедовыми силами выталкивания
На рис 1, В вдоль САХ показано распределение литосферных типов (кластеров) группы 1 (таблица) Главными кластерами оси САХ являются кластеры 5, 10 и 7 Кластер 5 является проявлением экстремальных значений теплового потока и томографии, свойственных областям плюмов Он характеризует наиболее прогретые участки САХ с наиболее глубинным магматизмом и повышенным фоном низкоамплитуд-
ю
<
70
Базальты
▲ 1
70 9 2
д II 1|||||11>к||1И1>||1|||1|||| |Щ|Ц 11 111111 I 411II ||1 |>||! .........
Е
-50
-40
-20
-10
30
Ж в_ Б - А —
Рис 1 Схема сопоставления геолого-геофизических параметров вдоль оси САХ (по горизонтальной оси на каждом графике дана широта в градусах) А — значения аномалии Фая (мГал), стрелками показано местоположение основных трансформных разломов, Б — значения аномалии Буге (мГал), В — распределение кластеров осевой группы вдоль САХ По вертикали отложены номера кластеров, обозначенных разными значками Параметры кластеров приведены в таблице, Г — распределение основных ассоциаций базальтов [Дмитриев и др, 2006] 1 — "плюмовая", 2 — "спрединговая", Д — пересечения осевой зоны САХ трансформными разломами Размер символа нормирован длиной трансформного разлома по обеим пассивным частям, Е — положение литосферы преддугового типа на восточной периферии САХ, Ж — положение сейсмопрофилей А, Б и В на рис 2 на восточной окраине Атлантического океана относительно оси САХ
ной сейсмичности. Последнее происходит из-за того, что в областях литосферы с пониженной вязкостью сильные напряжения не накапливаются, и происходит частая разрядка тектонической энергии в слабых сейсмических событиях Кластер 10 имеет сходную интерпретацию, но представляет менее контрастные значения тех же параметров Его положение на САХ обрамляет участки проявления плюмов по положению кластера 5 и показывает наличие слабопрогретых локальных участков САХ, которые по масштабу не могут быть названы плюмами К числу кластеров с экстремальными плюмовыми значениями должен быть отнесен также кластер 8, проявленный в районе Исландии Кластер 7 показывает участки САХ со значениями параметров, противоположными плюмовым областям, и маркирует проявления холодной и жесткой литосферы вдоль хребта, что хорошо согласуется с общей картиной по гравитационным аномалиям (рис 1, А, Б) Кластеры 2, 11, 14 представляют собой переходные сочетания параметров между САХ и котловинами, изредка подступающие к оси САХ Их проявления на САХ весьма редки Кластер 1 хоть и отно-
сится к группе наложенных явлений котловин, все равно является переходным типом, сопоставимым с кластерами 2, 11, 14
На рис 1, Г приведено распределение основных ассоциаций базальтов по данным [Дмитриев и др , 2006] 1 — "плюмовая", отличающаяся продуктивным магматизмом и глубоким положением магматических очагов (до 700 км), 2 — "спрединговая", менее продуктивная, образующая тонкую кору вплоть до ее отсутствия (зоны "сухого спрединга"), в условиях холодной и жесткой литосферы Проявления этих ассоциаций на оси САХ полностью коррелирует с положением геофизических аномалий, подчеркивающих указанные свойства базальтовых ассоциаций Спредин-говый тип развит практически повсеместно, но максимальная его плотность приходится на холодный блок Центральной Атлантики Плюмовый тип развит главным образом в районе Исландии, Азорских о-вов и горячей точки Буве, хотя отдельные его проявления совпадают с положением неконтрастного кластера 10 (рис 1, В)
На рис 1, Д показано распределение трансформных разломов по точкам их пересечения оси САХ
Абсолютные значения центров кластеров и стандартные отклонения значений кластера в многомерном
пространстве используемых параметров
Аномалия Буге, мГал Тепловой поток, мВт/М2 Изостазия, мГал Томография по волнам Лява, % Томография по Р-волнам, % Сейсмический момент [Дж/км2] 1013 Осадочный чехол, м Томография по S-волнам, % Рельеф, м Модуль градиента АМП, нТл/км
Номер кластера центр о центр а центр а центр а центр о центр а центр о центр о центр а центр с
1 283 70 57 16 53 29 4,28 2,10 0,05 0,09 2,91 20,23 699 773 0,35 1,41 -3493 985 0,099 0,053
2 323 36 67 12 -2 13 4,67 1,67 0,03 0,08 1,35 15,18 392 381 -1,18 0,93 -4336 541 0,068 0,039
3 367 42 52 13 —41 18 4,10 2,70 0,10 0,15 0,05 0,69 788 733 0,47 1,20 -5190 534 0,082 0,045
4 56 49 61 20 18 20 -0,35 2,58 0,04 0,19 0,86 17,18 2041 1164 1,13 1,31 -561 640 0,129 0,063
5 210 73 222 36 13 18 3,67 2,11 -0,14 0,36 19,41 73,27 204 263 -3,62 1,83 -2457 1104 0,114 0,127
6 363 32 50 11 -6 13 5,15 1,88 0,05 0,07 0,18 3,68 685 574 1,44 0,91 -5012 476 0,074 0,039
7 264 39 43 19 8 14 2,51 1,39 0,00 0,07 6,26 27,79 153 174 -3,35 0,80 -3426 632 0,049 0,034
8 152 75 74 28 3 14 1,29 1,98 -0,48 0,19 10,15 75,77 568 523 -3,90 1,51 -1643 049 0,218 0,068
9 261 66 51 14 -12 19 2,03 2,48 0,06 0,15 1,06 22,93 3273 1079 1,60 1,09 -3747 909 0,083 0,041
10 255 56 130 24 7 16 3,73 1,85 -0,03 0,14 9,62 49,12 251 309 -2,78 1,10 -3226 850 0,071 0,047
11 336 37 52 12 -6 12 3,77 1 82 0 03 0 06 0 04 044 203 287 -1 18 1 00 -4595 521 0,054 0,033
12 229 89 54 21 -3 19 2,69 2,04 0,08 0,17 1,24 24,41 1780 1056 0,25 1,44 -2984 1250 0,272 0,074
13 99 65 52 17 19 25 1,07 2,43 0,05 0,13 0,08 0,56 6491 1605 1,93 0,96 -1317 990 0,167 0,092
14 202 56 108 33 -2 22 2,89 1,42 1,09 0,25 9,96 31,59 1084 865 0,59 1,31 -2349 782 0,168 0,072
15 57 54 73 29 2 27 0,74 1,05 0,90 0,29 0,27 1,12 6040 1888 1,54 0,73 -542 518 0,198 0,058
Размер вертикального символа, обозначающего положение пересечения, нормирован по длине трансформного разлома по обеим пассивным частям Анализ этого графика показывает отсутствие связи между плотностью встречаемости трансформов и планетарной кривизной вдоль субмеридионального направления Более обоснованной выглядит связь с наличием в литосфере САХ холодных и горячих блоков В области проявления плюмов длина и плотность разломов уменьшаются практически до нуля В области холодных блоков (центр и юг Атлантики) наблюдается резкое усиление и частоты длины разломов, причем наиболее ярко эта ситуация иллюстрируется по зонам Романш и Агульяс Хорошо видно, что эти концентрации тяготеют к местам на САХ, где частота проявлений плюмовых ассоциаций базальтов понижена Вместе с тем отметим, что связь разломов с жесткостью блоков САХ не отменяет влияние планетарной кривизны в качестве одного из факторов, формирующих эту трещиноватость Корреляция пассивных частей разломов со свойствами САХ свидетельствует о явлении наследования свойств литосферы в течение длительного (до 150 млн лет) времени по мере ее наращивания в зоне спрединга
На рис 1, Е показано положение наиболее любопытного геодинамического кластера 3 относительно САХ Он характерен тем, что представляет собой сочетание параметров, свойственное преддуговым зонам, в частности Тихого океана, — максимальное значение аномалии Буге и минимальное значение изостатической аномалии Этот кластер проявлен в виде субширотных зон в котловинах океана На указанном рисунке показано положение литосферы этого типа к востоку от хребта относительно САХ Распространение этой группы наблюдается не только
в преддуговых областях моря Скоша и Карибского бассейна Обнаружено широкое площадное распространение этого типа литосферы по всей Атлантике, включая зоны проявления плюмов Тем не менее в Южной Атлантике эти зоны более или менее уверенно коррелируются с концентрациями трансформных разломов Давать теоретическое объяснение этим фактам в данной работе не предусмотрено
Проиллюстрируем реальность существования преддуговых обстановок в виде широтных зон в Атлантике на примере нескольких субмеридиональных сейсмических профилей, положение которых на восточной периферии Атлантического океана относительно оси САХ показано на рис 1, Ж Профили совпадают с проявлением кластера 3 Сами профили показаны на рис 2 Все они расположены в зоне котловин восточной окраины Атлантического океана На каждом профиле отмечаются характерные надвиговые деформации осадочного чехла или верхней части консолидированной океанической коры, имеющие субмеридиональный азимут падения На рис 2, А [ТоЛеПа й а1, 1997] показано пересечение Азоро-Гиб-ралтарского порога в восточной его части, где наличие надвигов и структур субмеридионального сжатия доказано множеством исследований Отметим, что в середине порога сжатие переходит в сдвиг, а по мере приближения к САХ — в растяжение На рис 2, Б [Глубинное , 1998] показано наличие надвиговых плоскостей в районе исследований по программе Ка-наро-Багамского геотраверса, на рис 2, В — наличие надвиговых структур в области конвергенции пассивной восточной части разлома 15°20' с пассивными частями более южных разломов в районе уступа Кабо-Верде На приведенных фрагментах видна реальность
Рис 2 Сейсмические профили на восточной окраине Атлантического океана А — профиль ГАМ 3 [ТоПеНа е1 а1, 1997], Б — профиль 8901 [Глубинное , 1998], В — профиль 823-Р1-03 (фрагмент северной части) по данным 23-го рейса НИС "Академик Николай Страхов" (с разрешения
Геологического института РАН), Г — положение профилей А, Б и В на плане
существования крупномасштабного субмеридионального перемещения блоков литосферы Атлантики друг относительно друга
Выводы. 1 Геофизические (аномалии Фая и Буге), геологические (типы базальтовых ассоциаций — плюмовая и спрединговая), морфологические (параметры трансформных разломов) и комбинированные (кластерные сочетания геолого-геофизических параметров) характеристики образуют взаимозависимую и непротиворечивую комбинацию фактов, которая реализована вдоль оси САХ и может быть распространена на периферийные области океана
2 Вся совокупность фактов имеет четкую тектоническую интерпретацию в терминах сочетания холодной и жесткой литосферы, с одной стороны, и прогретой и вязкой — с другой, соответствующим об-
разом распределяются проявления связанных с геодинамическими обстановками типов магматизма, сейсмичности, теплового потока и других характерных параметров
3 Концентрация и длина трансформных разломов тяготеют к сегментации САХ, проводимой по указанным выше свойствам жесткости и температурного состояния литосферы, в большей степени ассоциированного с глубинной динамикой и магматизмом, чем с планетарной кривизной
4 Наличие субширотных сегментов литосферы Атлантики, имеющих преддуговые характеристики по данным кластерного анализа, подтверждается наличием надвиговых структур на субмеридиональных сейсмических профилях на восточной глубоководной окраине океана
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 Глубинное строение и эволюция литосферы Центральной Атлантики (Результаты исследований на Канаро-Багамском геотраверсе) / Под ред С П Мащенкова, Ю Е Погребицкого СПб ВНИИОкеаногеолгия, 1998
2 Дмитриев Л В, Соколов СЮ, Мелсон В Г, О'Хирн Т Плюмовая и спрединговая ассоциации базальтов и их отражение в петрологических и геофизических параметрах северной части Срединно-Атлантического хребта // Российский журн наук о Земле 1999 Ноябрь Т 1 № 6
3 Дмитриев Л В, Соколов С Ю, Плечова А А Статистическая оценка вариаций состава и Р-Т условий эволюции базальтов срединно-океанических хребтов и их региональное распределение // Петрология 2006 Т 14 № 3 С 227—247
4 Мазарович А О, Соколов СЮ Анизотропия внутри-плитных деформаций Атлантического океана // Современные проблемы геологии М Наука, 2004 С 221—250 (Тр ГИН РАН, вып 565)
5 Соколов Н С Неоднородность литосферы приэкваториальной Атлантики по геофизическим данным // Я-пс^е-03 Рабочее совещание российского отделения ГгйегШс^е Москва, 1-3 октября 2003 ГЕОХИ РАН С 44
6 Соколов Н С, Соколов С Ю, Дмитриев Л В Геодинамическое районирование литосферы центральной Атлантики по данным кластерного анализа геолого-геофизических параметров и данным о локализации главных петрологических типов базальтов // Russian-RIDGE Abstract volume VNIIOkeangeologia St Petersburg 6—8 June 2005 P 25—26
7 Dmitriev L V, Sokolov NS, Sokolov S Y Statistical estimation of the geophysical fields and basalt assemblages distribution in the Central Atlantic // Goldschmidt-2004 (Copenhagen, June 5—11, 2004) Abstract volume 2004 P A709
8 ETOPO-5 Set Global Relief Data CD 1993 NOAA Product # G01093-CDR-A0001
9 Sandwell D T, Smith WHF Marine Gravity Anomaly from Geosat and ERS-1 Satellite Altymetry //J Geophys Res 1997 Vol 102 B5 P 10039-10054 (ftp//topex ucsd edu/pub/)
10 Tortella D, Tome M, Perez-Estaun A Geodynamic evolution of the eastern segment of the Azores-Gibraltar zone the gornnge bank and the Gulf of Cadiz Region // Mar Geophys Res 1997 Vol 19 P 211-230
Поступила в редакцию 23 04 2007
