Строение и история развития литосферы - Коллектив авторов

Анализ имеющихся на сегодняшний день скважинных и зондовых измерений позволяет говорить о тенденции повышения теплового потока в северо-восточном и северо-западном направлениях (см. рис. 1). Так, на севере Балтийского щита среднее значение теплового потока составляет 54 мВт/м2, в районах Северо-Баренцевской впадины и Центрально-Баренцевского поднятия – 70 мВт/м2. Такой тренд теплового потока можно объяснить влиянием тектонических процессов в коре Баренцевоморской плиты, омоложение которых происходит в северном направлении. Авторы ранее уже высказывали предположение о связи этого явления с развитием рифтогенеза (Хуторской и др., 2003).

Работы в описываемом рейсе НИС «Академик Николай Страхов» выполнялись с помощью новой модификации известной и апробированной серии геотермических зондов «ГЕОС» – зондом «ГЕОС-М». Зонд предназначен для автоматичного высокоточного измерения температуры донных осадков; градиента температур и теплопроводности осадков на четырех измерительных базах; гидростатического давления (глубины); температуры воды; угла внедрения зонда в осадки (отклонения от вертикали); определения на основе полученных данных глубинного теплового потока через дно акватории. Кроме того, зонд позволяет осуществить вертикальное температурное зондирование водной толщи. По кабель-тросу осуществляется управление процессом измерения, вся получаемая информация поступает в набортный компьютер.

2. Данные о тепловом потоке на полигоне ЗФИ

Не повторяя полного описания результатов работ на полигоне ЗФИ, приведенных в статье (Хуторской и др., 2009), остановимся на двух моментах.

Первое. На полигоне выполнено семь измерений теплового потока и температуры в толще воды (табл. 1).

Таблица 1. Результаты измерений теплового потока на полигоне ЗФИ

В результате измерений температуры водной толщи был обнаружен слой отрицательных температур в интервале глубин 30–80 м и изотермическая зона при глубинах более 370–380 м (рис. 2). Таким образом, была определена минимальная глубина (приблизительно 370 м), при которой возможно измерять тепловой поток. При меньших глубинах сказывалась «неизотермичность» водной толщи, что обусловливало нелинейность термограммы в донных осадках и, соответственно, увеличение погрешности при оценке теплового потока. Поэтому для измерения теплового потока при глубинах 370 и более метров имелось ограниченное количество точек (рис. 3). На большинстве станций его можно было рассчитать только по показаниям температуры самых нижних баз зонда.

Рис. 2. 3D-блок-диаграмма распределения температуры воды на полигоне ЗФИ

Рис. 3. Измерения теплового потока на полигоне ЗФИ (показаны треугольниками). Точками показаны три значения теплового потока (мВт/м2), полученные при термическом каротаже в скважинах (с запада на восток): «Нагурская» (о. Земля Александры), «Хейса» (о. Хейса) и «Северная» (о. Грэм-Бэлл).

Для полигона Шпицберген, где наиболее интересные результаты получены при замерах теплового потока на существенно больших глубинах, эта проблема не имеет решающего значения.

Второе. В целом, на полигоне отмечаются фоновые для Баренцевоморской плиты значения теплового потока (см. табл. 1). Однако два высоких значения (88 и 97 мВт/м2) наблюдаются в точках, лежащих на линии северо-восточного простирания в пределах пролива (желоба) Франц-Виктория. С ними соседствуют две точки, отличающиеся пониженными значениями теплового потока (30–35 мВт/м2) (см. рис. 3). Этих данных (плотности отмеченных точек) недостаточно для того, чтобы судить о конфигурации в плане элементов с высоким и пониженным тепловым потоком. Можно лишь предположить, что разделяющая их резкая градиентная зона маркирует борт желоба Франц-Виктория.

Указанных данных маловато, чтобы определенно судить об источниках и причинах повышенных значений теплового потока. В нашей предыдущей статье (Хуторской и др., 2009) высказана мысль о возможной их связи с залегающими на глубине эвапоритами, районы развития которых характеризуются подобными резкими вариациями значений теплового потока. Теплопроводность каменной соли высока – 5,0–5,5 Вт/(м·К), что в 3–4 раза превышает теплопроводность вмещающих терригенных пород, которая равна 1,6–2,0 Вт/(м·К). Такой резкий контраст теплопроводности, а также крутые углы наклона границ раздела сред, при наличии соляных куполов, обусловливают перераспределение глубинного теплового потока (Хуторской и др., 2004). Если допустить существование куполов на изученной площади полигона «ЗФИ», то станции замеров теплового потока со значениями 88 и 97 мВт/м2 могли бы относиться к апикальным частям куполов, а станции со значениями 30–35 мВт/м2 – к межкупольным зонам.

Отправным пунктом для такого рассуждения послужили работы (М. Верба, 2008; В. Верба и др., 2004), в которых, с помощью плотностного моделирования по линии меридионального профиля МПВ Север-86, пересекающего зону перехода от океана к шельфу, включая континентальный склон, на площади к северу от ЗФИ, обосновывается наличие эвапоритового комплекса верхнемелового возраста на глубинах в несколько километров.

Тем не менее, высказанная нами версия о связи особенностей теплового потока с соляной тектоникой на исследованной площади должна рассматриваться как вариант не лишенный оснований, но пока, до получения дополнительных данных, гипотетический и, во всяком случае, не единственно возможный. Дело, прежде всего, в том, что указанный вывод В.В. Вербы с соавторами и М.Л. Вербы сделан для другого по своей природе тектонического элемента – осадочного бассейна (получившего название «периокеанического прогиба Брусилова») с аномально низкими (-55 мГл) значениями поля силы тяжести (в редукции в свободном воздухе), вытянутого вдоль бровки континентального склона (то есть вдоль границы континент – океан) к северу от о-вов ЗФИ. Он относится к системе структур, маркирующих, по мнению названных авторов, пассивную окраину континента, и обладает совокупностью характерных для пассивных окраин признаков, включая типичное для них развитие эвапоритов.

Желоб Франц-Виктория ориентирован, как и другие желоба внешней зоны Баренцевоморского шельфа, субмеридионально (то есть, в целом, ортогонально простиранию упомянутого бассейна и континентального склона). Наличие эвапоритов здесь пока не подтверждено. Что касается аномального поля силы тяжести, то оно, в очевидном контрасте с предполагаемым эвапоритовым бассейном (прогибом Брусилова) в зоне континентального склона, близко к нулевым значениям. В работе (М. Верба, 2008) подчеркивается, что прогиб Брусилова не имеет аналогов на прилегающих акваториях. Не отвергая на современном уровне изученности идею о соляной природе наблюдаемой тепловой аномалии, всё же в рассматриваемых нами структурах, включая и желоб Франц-Виктория, логичнее видеть элементы иной природы – систему молодых структур, образовавшихся в процессе последнего – новейшего этапа деструкции континентальной коры. Повышенный тепловой поток может служить одним из выражений этого активного ныне, или в недалеком геологическом прошлом, процесса. К этому вопросу нам ещё придется вернуться позже.

3. Полигон Шпицберген: желоб Орла (Стурё)

Объектом изучения на полигоне «Шпицберген» был желоб Орла (Стурё) – элемент рельефа дна хорошо выраженный в батиметрии, но почти не изученный в остальных отношениях. Он простирается от архипелага Короля Карла на юге до начала континентального склона Котловины Нансена на севере между относительными повышениями дна в районах о-ва Белый на востоке и о-ва Северо-Восточная Земля на западе. Название желоба варьирует в разных источниках. В работах (Лукина, Патык-Кара, 2002; Митяев и др., 2007) он носит название «желоб Орла» и «грабен Орла»; это же название принято в статьях участников упоминавшегося выше рейса НИС «Академик Николай Страхов» (см. статью Зайончек и др. в настоящем сборнике). В то же время, еще раньше в отечественной литературе он описывался под названием «желоб Стуре» (или Стурё) по имени расположенного поблизости от него острова Стурейа (Storoya) (Мусатов, 1996, 2004; Ласточкин и др., 1992). Дополнительную путаницу вносит и то, что под таким же названием (Стуре) упоминается грабен широтного простирания, находящийся в основании осадочной толщи континентального склона на площади между архипелагами Шпицберген и ЗФИ и по возрасту относящийся к начальным этапам раскрытия Евразийского бассейна и спрединга хребта Гаккеля (Батурин, 1987). Поэтому, во избежание неясностей, в данной статье используется двойное название – «желоб Орла (Стурё)».

Детальные данные по рельефу дна и строению верхних горизонтов осадочного чехла (на глубину нескольких сот метров) приведены в статье А.В.Зайончека и др. Желоб представляет собой узкую, выраженную в рельефе дна депрессию меридионального простирания. Высота стенок депрессии составляет до 400 м, а дно расположено на глубине 470–520 м и еще более углубляется с выходом к континентальному склону. По простиранию желоб выражен на протяжении почти 200 км при ширине обычно в первые десятки (до 50) километров.