Российский журнал наук о Земле
Том 2, № 3, Декабрь 2000

Сопоставление особенностей аккреции океанической коры при низкоскоростном и сверхнизкоскоростном спрединге

Е. Г. Астафурова, Н. И. Гуревич, Е. Д. Даниэль, С. П. Мащенков

ВНИИОкеангеология


Содержание


Аннотация

Выполнено сопоставление основных характеристик осевых зон низкоскоростного Срединно-Атлантического хребта (САХ) в полосе Канаро-Багамского геотраверса между 24 и 29o с.ш. и юго-восточной части сверхнизкоскоростного хребта Гаккеля, Северный Ледовитый океан, между 81o16 prime и 84o30 prime с.ш. Результаты сопоставления показали, что более холодный термический режим литосферы при сверхнизкоскоростном спрединге, по сравнению с низкоскоростным, связанный с уменьшением количества поставляемого из мантии расплава, приводит: к преобладанию режима тектонического растяжения и более редким проявлениям вулканических центров у оси хребта Гаккеля по сравнению с САХ; к более широкой и глубокой, чем у САХ, рифтовой долине хребта Гаккеля, которую местами, из-за явно выраженной неравномерности магматического снабжения, могут заполнять вулканические постройки; к отличиям в стиле геоморфологической сегментации, заключающимся в отсутствии свойственных САХ смещений рифтовой долины и ее днища вблизи границ сегментов у хребта Гаккеля и в различиях в форме рельефа для вдольосевого профиля глубин хребтов Гаккеля и САХ; к утонению земной коры и иным закономерностям вдоль осевых вариаций ее мощности у хребта Гаккеля по сравнению с корой САХ. Указанные различия находят отражение в характере геофизических полей. В большинстве сегментов хребта Гаккеля, в связи с незначительными изменениями мощности коры, отсутствуют типичные для САХ вариации мантийных аномалий Буге, в то время как в тех сегментах, где имеются вулканические центры, диапазон изменения МАБ, а следовательно и мощности коры, может быть значительно больше, чем у САХ. Связь между аномальным магнитным полем и вулкано-тектоническим режимом у хребта Гаккеля более сложная, чем у САХ.


Обсуждение результатов

На протяжении последних 15 лет во ВНИИОкеангеология проводятся исследования геоморфологических особенностей и геофизических полей осевых зон срединно-океанических хребтов (СОХ). На основании комплексной интерпретации материалов различных геофизических съемок, с привлечением геологических данных, удалось выявить эффект относительного изменения их магматического снабжения и, как следствие, различий вулкано-тектонического режима в пространстве и времени [Глубинное строение..., 1998]. В последние пять лет объектами исследований явились оси низкоскоростного Срединно-Атлантического хребта (САХ) в полосе Канаро-Багамского геотраверса (КБГТ) между 24 и 29o с.ш. длиной 650 км и сверхнизкоскоростного хребта Гаккеля (ХГ) Северный Ледовитый океан, в его юго-восточной части между 81o16prime и 84o30prime с.ш. длиной около 350 км. При изучении этих регионов авторы использовали оригинальные материалы, полученные ВНИИОкеангеология в совместных экспедициях с ГУНиО и организациями ассоциации "Севморгеология", а также привлекали прочие отечественные и зарубежные данные и результаты их интерпретации. Перечень и характеристика использованных материалов приведены в работах [Глубинное строение..., 1998; Гуревич и др., 1999]. Компьютерное обобщение и обработка полученных материалов с использованием новейших технологий позволили создать согласованные базы данных, провести гридирование, получить в одних и тех же ячейках глубины дна, магнитные аномалии (D Т)а, эффективную намагниченность Jэф , аномалии в свободном воздухе, мантийные аномалии Буге (МАБ), а на хребте Гаккеля, где проводились систематические сейсмические зондирования МОВ, и мощности осадочного чехла. Это позволило провести комплексную интерпретацию перечисленных характеристик в пределах обоих регионов [Глубинное строение..., 1998; Гуревич и др., 1999]. В данной статье проведено сопоставление этих характеристик и результатов их интерпретации между регионами (табл. 1). Сопоставление двадцати девяти характеристик, включенных в таблицу, наглядно демонстрирует основные изменения в морфологии, морфометрии, стиле сегментации, геофизических полях и вулкано-тектонических режимах при уменьшении скорости спрединга в три раза, которое предопределяет отнесение рассматриваемых участков к двум разным классам СОХ: Срединно-Атлантический хребет относится к классу низкоскоростных центров спрединга, а юго-восточная часть хребта Гаккеля - сверхнизкоскоростных.

fig01

fig02 При сопоставлении характеристик участков обоих хребтов были исключены их северные части, включавшие лишь южные концы северных сегментов. Характеристики этих участков приведены на рис. 1 и 2, на которых, в отличие от таблицы, показаны не просто диапазоны всех характеристик, а их изменения вдоль оси.

Собственно таблица и три рисунка уже позволяют понять основные отличия сверхнизкоскоростного СОХ от низкоскоростного. Поэтому ограничимся краткой пояснительной запиской к ним.

На обоих хребтах в пределах исследуемых участков четко следятся рифтовые долины и обрамляющие их рифтовые горы. Но у хребта Гаккеля рифтовая долина и ее днище значительно шире и глубже, а возрастной диапазон пород в рифтовой долине в 4,5 div 5 раз больше. Обрамляющие рифтовую долину рифтовые горы также глубже у хребта Гаккеля. Особенно заметной является разница, если сравнивать глубины до кровли океанического фундамента, который на САХ совпадает с дном, а на ХГ покрыт сплошным осадочным чехлом значительной мощности, нивелирующим, но не совсем скрывающим первичный вулкано-тектонический рельеф. Большая ширина рифтовой долины хребта Гаккеля и ее днища соответствует модели рельефообразования в осевой зоне Г. Харпера [Harper, 1985], согласно которой при опускании границы "хрупкое/пластичное состояние", определяемой изотермой 750o С, возникает более широкая рифтовая долина. Большая глубина изотермы 750o С на ХГ связана с холодным термическим режимом, который, по результатам исследований Дж. Боуна и Р. Уайта [Bown and White, 1994], свойственен СОХ с полной скоростью спрединга менее 1,5 см/год и связан, по их мнению, с кондуктивным остыванием мантийного апвеллинга под такими хребтами, что заметно уменьшает сумму расплава, генерированного декомпрессией. С уменьшением магматического снабжения ХГ связаны и уменьшение мощности коры, и особенности вулкано-тектонического режима, и иной стиль сегментации.

fig03 Осевые зоны и САХ, и ХГ сегментированы (рис. 1, 2, 3). Границы сегментов и там, и там приурочены к депрессиям в рифтовых горах и в днище рифтовой долины. Исследования на КБГТ показали, что сегментация САХ является долгоживущей [Глубинное строение...,1998]. У ХГ границы сегментов прослежены до коры возраста 18 млн лет - до границ района исследований. На обоих хребтах границы сегментов мигрируют со временем. Но у САХ у границ сегментов наблюдается смещение рифтовой долины, а у ХГ лишь изменение ее простирания. Правда, в обоих регионах к границам сегментов приурочено смещение осевой магнитной аномалии (рис. 3), что свидетельствует о смещении неовулканических зон. В днище рифтовой долины ХГ типичная для САХ морфология вдольосевого профиля, с поднятием в центре сегмента и понижениями у концов, наблюдается только в двух сегментах из семи, во II и IV. Остальные четыре сегмента ХГ характеризуются волнистой слабоамплитудной формой кривой продольного профиля, однако и морфология хребта, и особенности геофизических полей в пределах этих сегментов отличаются от соседних. Отсутствие в этих сегментах поднятий дна и минимумов МАБ позволило заключить, что в них преобладает режим тектонического растяжения. У САХ подобный режим установлен только в одном сегменте из десяти [Гуревич и др., 1999]. Подобные отличия в режимах у осей хребтов связаны с более холодной литосферой ХГ.

Особенно холодную термальную структуру литосферы ХГ имеет к югу от 82o с.ш. Здесь, как и на супернизкоскоростном Юго-Западном Индийском хребте к востоку от зоны разлома Мелвилл [Mеvel and Tamaki, 1998], значительно варьируют глубины дна: во II сегменте выявлена огромная вулканическая постройка, заполняющая рифтовую долину и создающая осевое вулканическое поднятие с глубиной дна 2900 м и глубиной кровли фундамента 3500 м (аналог гор Джордан на Юго-Западном Индийском хребте); к югу от поднятия дно углубляется до 5300 м. Можно полагать, что в рельефе фундамента глубины днища рифтовой долины увеличиваются и к северу, и к югу от поднятия до 5500 м.

С менее интенсивным магматическим снабжением ХГ связано и малое количество вулканических центров (ВЦ). Поднятия в днище рифтовой долины и приуроченные к ним минимумы МАБ дали основание для выделения у ХГ двух ВЦ, один из которых совпадает с осевым вулканическим поднятием (рис. 2, табл. 1). На основании факторного анализа значительного количества морфометрических, магнитометрических и гравиметрических характеристик у оси САХ выделено 11 ВЦ (рис. 1).

Свойственное большинству сегментов САХ уменьшение интенсивности МАБ в их центрах по сравнению с концами, у ХГ наблюдается только в двух сегментах, именно в тех, где выявлены ВЦ. Это означает, что только в этих двух сегментах вдоль оси существенно изменяется мощность коры: в центральных частях, а точнее под ВЦ, мощность коры увеличивается. Данное наблюдение подтверждено плотностным моделированием по профилям, ориентированным вкрест рифтовой долины. Максимальная мощность коры, равная 7,5 км, приурочена к осевому вулканическому поднятию.

У обоих хребтов отмечаются изменения интенсивности осевой магнитной аномалии по простиранию центра спрединга (рис. 3). Сопоставление этих изменений, а также изменений эффективной намагниченности осевого блока с вариациями морфометрических параметров рифтовой долины и МАБ вдоль оси показало связь "магнитометрической сегментации" осевой зоны САХ с морфологической и вулкано-тектонической сегментацией [Глубинное строение..., 1998; Гуревич и др., 1999]: к вдольосевым депрессиям дна, т.е. участкам, находящимся в режиме преимущественного тектонического растяжения, приурочены максимумы (D Т)а и Jэф; к вдольосевым поднятиям, являющимся вулканическими центрами, - минимумы магнитометрических характеристик (рис. 1). Причинами понижения интенсивности (D Т)а и Jэф над ВЦ могут быть:

  1. уменьшение мощности магнитоактивного слоя в результате подъема изотермы Кюри;
  2. появление в днище рифтовой долины обратнонамагниченных пород из-за скачков неовулканической зоны, которые происходят именно в районах ВЦ при увеличении интенсивности магматического снабжения [Глубинное строение..., 1998];
  3. уменьшение намагниченности пород вследствие их низкотемпературных гидротермальных изменений.
Под депрессиями, где поставка расплава уменьшается, изотерма Кюри погружается и мощность магнитоактивного слоя увеличивается. Здесь может создаться температурный режим в литосфере, благоприятный для серпентинизации пород верхней мантии. Серпентинизированные перидотиты могут вносить вклад в осевую магнитную аномалию.

Аналогичные закономерности наблюдаются у оси ХГ к северу от осевого вулканического поднятия (рис. 2). Но, в отличие от САХ, над ВЦ IV сегмента осевая магнитная аномалия является отрицательной. Частично этот феномен может быть связан с большим количеством обратнонамагниченных пород у оси (см. пункты 22, 23, 24 в табл. 1). Кроме того, у оси ХГ контрастность термического режима ВЦ и соседних участков больше. Поэтому отрицательная осевая магнитная аномалия частично может появится за счет суперпозиции минимумов от максимумов (D Т)а вокруг ВЦ.

Иная картина наблюдается во II и I сегментах хребта Гаккеля. Над осевым вулканическим поднятием закартирован максимум (D Т)а. То, что максимум сохраняется и в Jэф, свидетельствует, что не рельеф является его причиной. Можно предположить, что природа максимумов магнитометрических параметров над этим ВЦ та же, что над ВЦ высокоскоростного Восточно-Тихоокеанского поднятия [Гуревич, Литвинов, 1995]: меньшая степень низкотемпературного окисления титано-магнетита в базальтах из-за большей монолитности коры и/или повышенная намагниченность пород, связанная с особенностями их аккреции. К югу от осевого вулканического поднятия, где дно рифтовой долины резко углубляется, а интенсивность МАБ увеличивается, положительная вдольосевая магнитная аномалия имеет очень низкую интенсивность. Очень холодный термический режим литосферы, которого можно ожидать в этой части оси ХГ, вероятно, препятствует серпентинизации перидотитов. Источником магнитной аномалии тут могут быть породы коры, мощность которой из-за очень низкого магмабюджета значительно понижена.

Следовательно, у оси низкоскоростного САХ существует отчетливо выраженная связь между интенсивностью осевой магнитной аномалии и вулкано-тектоническим режимом и судить о последнем можно по одним только вдольосевым вариациям магнитной аномалии. У оси супернизкоскоростного хребта Гаккеля при особенно холодном термическом режиме в литосфере, при котором снабжение осевого региона расплавом исключительно неравномерное, характер связи между аномальным магнитным полем и режимом становится иным. Чтобы определить вулкано-тектонический режим у оси супернизкоскоростного СОХ, требуется комплексный анализ магнитометрических, батиметрических и гравиметрических данных.

Таким образом, сопоставление основных характеристик осевых зон низкоскоростного САХ в полосе КБГТ и юго-восточной части сверхнизкоскоростного хребта Гаккеля показало, что более холодный термический режим литосферы при сверхнизкоскоростном спрединге, по сравнению с низкоскоростным, связанный с уменьшением количества поставляемого расплава, приводит:

В результате происходят изменения в характере геофизических полей. В большинстве сегментов хребта Гаккеля, в связи с незначительными изменениями мощности коры, отсутствуют типичные для САХ вариации мантийных аномалий Буге, в то время как в тех сегментах, где имеются вулканические центры, диапазон изменения МАБ, а следовательно и мощности коры, может быть значительно больше, чем у сегментов САХ. Связь между аномальным магнитным полем и вулкано-тектоническим режимом у хребта Гаккеля более сложная, чем у САХ. Интенсивность осевой магнитной аномалии и величина эффективной намагниченности осевого блока у хребта Гаккеля меньше, чем у САХ. При этом у ХГ, в отличии от САХ, и та, и другая магнитометрические характеристики могут иметь отрицательные значения. Причина этого - более широкий возрастной диапазон и большее количество обратнонамагниченных пород в источнике осевой магнитной аномалии, а также большая контрастность режимов у оси хребта Гаккеля.


Благодарность

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (гранты 98-05-65600, 97-05-64407).


Литература

Глубинное строение и эволюция литосферы Центральной Атлантики (Результаты исследований на Канаро-Багамском геотраверсе), Мащенков С. П., Погребицкий Ю. Е. (ред.), 299 c., ВНИИОкеангеология, СПб, 1998.

Гуревич Н. И., Литвинов Э. М., Магматический контроль за гидротермальным сульфидообразованием у оси Восточно-Тихоокеанского поднятия по геофизическим и геохимическим данным, Российский геофизический журнал, (5-6), 51-58, 1995.

Гуревич Н. И., Абельская А. А., Шулятин О. Г., Астафурова Е. Г., Магнитометрический критерий оценки перспектив осевой зоны Срединно-Атлантического хребта на гидротермальное сульфидообразование, Российский геофизический журнал, (13-14), 72-79, 1999.

Гуревич Н. И., Астафурова Е. Г., Даниэль Е. Д., Мащенков С. П., Паукку С. А., Особенности аккреции коры у оси "супермедленного" хребта Гаккеля (по геофизическим и морфологическим данным), Тезисы докладов XIII международной школы морской геологии "Геология морей и океанов", Т. II, c. 240-241, Москва, 1999.

Bown J. W. and White R. S., Variation with spreаding rate of oceanic crustal thickness and geochemistry, Earth Planet Sci. Lett., 121, (3/4), 435-449, 1994.

Harper G. D., Tectonics of slow spreading mid-ocean ridges and consequences of variable depth to the brittle/ductile transition, Tectonics, 4, (4), 395-409, 1985.

Mеvel C., Tamaki K. and the FUJI Scientific Party Imaging an ultra-slow spreading ridge: first results of the FUJI cruis on the SWIR (R/v Marion Dufresne, 7/10 - 3/11/97, Inter Ridge News, 7, (1), 29-32, 1998.

Purdy G. M., Sempere J. C., Schouten H. et al., Bathymetry of the Mid-Atlantic Ridge, 24-31o N: A Map Series, Marine Geophys. Res., 12, 247-252, 1990.

Sempere J. C., Purdy G. M., Schouten H., Segmentation of the Mid-Atlantic Ridge between 24o N and 30o N, Nature, 344, 427-431, 1990.


 Загрузка файлов для печати и локального просмотра.


 
This document was generated by TeXWeb (Win32, v.1.0) on January 18, 2001.