Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Геологическое строение Центральной Атлантики

ВАК РФ 04.00.04, Геотектоника

Текст научной работыДиссертация по геологии, доктора геолого-минералогических наук, Мазарович, Александр Олегович, Москва

л//

российская академия наук ПЧ)Л01 1141 < КИЙ И НС I и гут

ва\ рукописи ЩЩ 551.24

МЛШЮВИЧ -'•• ЛЛ1:К( \ПДР ОЛЕ1 ОВИЧ

ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ ЦЕНТРАЛЬНОЙ АТЛАНТИКИ: РАЗЛОМЫ, ВУЛКАНИЧЕСКИЕ СООРУЖЕНИЯ И ДЕФОРМАЦИИ ОКЕАНСКОГО ДНА

Специальность 04.00.04 - геотектоника

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук

Москва 1998 г.

Работа выполнена в Лаборатории геоморфологии и тектоники дна океанов Геологического Института Российской Академии Наук

Официальные оппоненты:

Доктор геолого-минералогических наук Шараськин А Я. (ГИН РАН) Доктор геолого-минералогических наук Дмитриев Л.В. (ГЕОХИ РАН) Доктор географических наук Ильин A.B. (АКИН) Ведущая организация: Институт океанологии РАН

Защита состоится " " 1998 года в 14 час.ЗО мин. на заседании совета

Д.002.51.02 по общей геологии, геотектонике, и геологии океанов и морей при Геологическом Институте Российской А-гдетл.т-' '-< ячресу: Москва, 109017. Пыжевский пер. 7, конференц- :.-. , 4

С диссертацией можно о лакомиться в библиотек" лч » оратуры Секции

Наук о Земле по адресу: Мсзжва, Старомонетны

Автореферат разослан "27" апреля 1998 года

Отзывы на автореферат, заверенные печатью, в 2-х ..ьба направлять

по адресу 109017 Москва П:лжевский пер. 7, ученому се '. - ' ; .

Ученый секретарь специализирован . ■ ета

кандидат геолого-:.::.'.с.:-.А.А.Пейве

ЮгС

о о

/

Актуальность работы. В центральной части Атлантического океана (25° с.ш. -15° ю.ш.; 60° з.д. - 10° в.д.) установлены все основные типы структур, известные в Мировом океане и его обрамлении: срединно-океанический хребет, трансформные разломы, абиссальные котловины, асейсмичные поднятия, вулканические архипелаги и отдельные острова, подводные горы, пассивные окраины разных типов, островная дуга с глубоководным желобом и аккреционной призмой. Их положение отражено с той или иной степенью детальности на всех тектонических и геодинамических картах. Основанием для выделения подводных объектов служили данные однолучевого эхолотирования или набортные геофизические измерения, реже - геологические характеристики.

В указанных выше координатах, за последние 10 лет, разными странами, был проведен большой объем геолого-геофизических исследований. В частности, только Геологический институт РАН организовал 13 экспедиций на нис "Академик Николай Страхов", в ходе которых, многолучевым эхолотом (МЭ) ECHOS-625, непрерывным сейсмическим профилированием (НСП) и драгированием были изучены многие районы срединно-океанического хребта и его флангов. Часть работ проводилась по совместным программам с итальянским Институтом морской геологии (Болонья - IGM CNR). Качественно новая информация о строении всего региона заключена также в данных спутниковой альтиметрии (Sandwell, Smith, 1997). В связи с этим, сложились условия для обобщения нового материала по Центральной Атлантике в виде цифровых карт различного геолого-геофизического содержания, в частности карты разломных структур. На этой основе возможно обсуждение закономерностей тектонического строения и развития Центральной Атлантики, как одного из ключевых районов для понимания эволюции всего Атлантического океана в целом и его обрамления.

Актуальность работы определяется также соответствием ее тематики приоритетным направлениям научных исследований в области геологических, геохимических, геофизических и горных наук по изучению, освоению и сбережению недр России (Жариков и др. 1996), в части тематики, связанной с океанами, - геологическое строение и геодинамическая интерпретация осевых зон срединно-океанических хребтов и систем трансформных разломов; тектоническая природа внутриплитных деформаций; строение и природа авулканических поднятий; соотношение континентов и океанов.

Цель и задачи диссертации заключаются в характеристике основных тектонических структур и морфоструктур в срединно-океаническом хребте, трансформных разломах и вулканических сооружениях дна центральной части Атлантического океана, основываясь на комплексе данных МЭ, НСП и спутниковой альтиметрии.

Достижение поставленной цели потребовало решения следующих методических и теоретических задач: разработка образа нового поколения карт геологического содержания дна Атлантического океана; создание дизайна геологической базы данных для Центральной Атлантики и проверка ее работоспособности; проведение анализа строения и взаимоотношений основных структур дна Центральной Атлантики; выявление основных элементов строения океанских разломов за пределами осевой зоны Срединно-Атлантического хребта (САХ); выяснение потенциальной возможности изменения структуры верхних частей океанической коры под действием деформаций, возникающих вне зоны спрединга; определение основных закономерностей строения вулканических сооружений, их соотношений с другими структурами; определение этапов их формирования; проведение анализа строения и взаимоотношений океанских разломов со структурами Южной Америки и Западной Африки.

Фактический материал был собран автором (или при его непосредственном участии) во время экспедиционных работ в 1982-1986 гг. на Островах Зеленого Мыса и в б, 9, 13, 18-ом рейсах нис "Академик Николай Страхов" (1987, 1990, 1992, 1994 гг.). Кроме этого, автор имел возможность работать и с другими материалами рейсов упомянутого судна. В работе широко использованы данные спутниковой альтиметрии (Sandwell, Smith, 1997), мировых баз данных по землетрясениям, батиметрии, а также опубликованный и рукописный картографический и литературный материалы.

Сбор данных о рельефе дна проводился автором в составе отрядов геоморфологии (все рейсы - начальник отряда - Турко H.H.), о строении осадочного чехла - в отрядах НСП (6-ой и 9-ый рейсы начальник отрядов - Побержин В.М., в 18-ом - Ефимов В.Н.). Во всех рейсах - автор входил в состав драгировочных бригад.

Методы исследований. При работе использовались методы геологической съемки, а также обработка информации на ШМ PC (программы Access 2.0., Surfer 6.04, Statistica и некоторые другие) с использованием оригинальной базы данных. Для

подводных форм рельефа в работе применялись географические названия (Агапова и др., 1992), утвержденные Межправительственной океанографической комиссией - МОК.

Научная новизна работы. Для срединно-океанического хребта Центральной Атлантики показана гетерогенность распределения основных типов пород и их неравномерная тектонизация как в разных структурах, так и всего хребта в целом. Составлена новая карта разломов дна Центральной Атлантики в цифровом виде. Предложена новая модель формирования и локализации активных гидротермальных полей в срединно-океанических хребтах с невысокой скоростью спрединга. Установлена поперечная тектоническая зональность Центральной Атлантики. Показано широкое развитие в Центральной Атлантике процессов деформации осадочного чехла и усложнение рельефа дна в результате движений акустического фундамента разного возраста, масштаба, амплитуд и знаков. Составлена первая версия карты магматизма Центральной Атлантики и ее обрамления в цифровом виде. Установлены основные закономерности структурной эволюции вулканических островов вблизи Западной Африки и северо-востока Южной Америки. Выявлены основные этапы формирования вулканических сооружений. Показано, что Канарские острова, Острова Зеленого Мыса не являются следом "горячей точки" и предложена новая модель их образования.

Создана электронная база данных по геологии центральной части Атлантического океана в стандартном пакете программ Access 2.0. по оригинальному авторскому дизайну.

Основные защищаемые положения.

1. За пределами осевой части САХ Центральной Атлантики океаническая кора разделена на протяженные блоки - "трансатлантические зоны", каждая из которых имеет специфические черты рельефа дна, геолого-геофизического строения и ограничена крупными нарушениями - разломами-терминаторами. Между 25° с.ш. и 15 0 ю.ш. существует семь таких зон: Атлантис-Кейн, Кейн-Зеленого Мыса, Зеленого Мыса-Сьерра-Леоне, Сьерра-Леоне-Сан-Паулу, Сан-Паулу-Чейн, Чейн-Вознесения и далее условно до разлома Кардно.

2. Океаническая кора Центральной Атлантики подвижна за пределами зон спрединга: она испытывает сложные и разнообразные эволюционные изменения, характер которых в разных ее участках обусловлен различными причинами.

3. Вулканические острова Центральной Атлантики и прилегающих регионов сложены фрагментами деформированного докайнозойского основания, интрузивными, эффузивно-агломератовыми и дайково-силловыми комплексами цоколя (палеоподнятия) и вулканическими комплексами островной постройки. Острова Зеленого Мыса и Канарские острова не формировались под воздействием "горячих точек". Они образовались над системами камер, которые возникли после растекания мантийного пяюма у подошвы литосферы и перемещались вместе с ней.

4. Активные гидротермальные поля в пределах медленноспрединговых хребтов тяготеют к областям разрывов ("Швсопйтиу") и пространственно совпадают с зонами отсутствия или пониженного фона сейсмичности. Эти части рифтовых зон, по всей видимости, относительно стабильны и наиболее благоприятны для устойчивой циркуляции гидротерм.

5. Обзорные карты нового поколения геологического содержания для Атлантического океана и его континентального обрамления представляют цифровые многослойные конструкции, содержащие фактический географический, геолого-геофизический материал и теоретические модели. Они должны обеспечивать возможность перехода от региональных образов к средне- и крупномасштабным полигонам. Созданию тектонических карт нового поколения дна океана должна предшествовать организация баз геолого-геофизических данных.

Практическое значение работы. 1. Создана база данных по геологии Центральной Атлантики, которая позволяет осуществлять компьютерный поиск информации и ее обработку при изучении разных типов структур, подготовке программ морских экспедиций и создании карт различного назначения. 2. Установлена локализация современных гидротермальных систем в пределах САХ и намечены вероятные районы, перспективные для их обнаружения. 3. В ходе работы создан толковый словарь англо-и русскоязычных терминов по тектонике глубоководной части Атлантического океана.

Публикации и апробация работы. Полученные выводы и фактические данные по теме диссертации изложены в 53 публикациях.

Основные положения диссертации докладывались на тектонических коллоквиумах Геологического института РАН, на научно-технических советах нис "Академик Николай Страхов", на конференции студентов в Университете Хьюстона, США (1995 г.), в Институте Морской геологии в Болонье, Италия (1996 г.), на 5-ой и 6-ой конференциях

по проблемам плитной тектоники памяти Л.П. Зоненшайна (22-25 ноября 1995 г. и 17-20 февраля 1998 г. соответственно), на ХТТ Международной школе морской геологии (14-17 октября 1997, ИОАН), на XXXI Тектоническом совещании (27-30 января 1998 г., МГУ),

Структура и объем работы. Диссертация состоит из "Предисловия". 7 глав основного текста и "Заключения", с объемом текста в 260 страниц, 14 таблиц и 125 иллюстраций. Библиография - 430 названий.

Работа выполнена в Лаборатории геоморфологии и тектоники дна океанов Геологического института РАН по плановым темам, международным проектам и грантам РФФИ.

Благодарности. В рейсах нис "Академик Николай Страхов", на Островах Зеленого Мыса и в геологических экскурсиях и (или) полевых работах на офиолитовых комплексах в Корякском нагорье, Сахалине, Южном Урале и Италии, автор работал в разное время совместно с М.А. Ахметьевым, Е.С. Базилевской, Э. Бонатти, Дж. Бортолуцци, A.A. Булычевым, Л. Гасперини, М. Гасперини, Д.А. Гилод, В.М. Голодом, В.Н. Григорьевым, А.Н. Диденко, Д.А. Дмитриевым, В Н. Ефимовым, Н. Зиггелин-и, Б.П. Золотаревым, П.К. Кепежинскасом, В.Ю. Колобовым, A.B. Кольцовой, Л.Н. Когарко,

B.И. Копорулиным, К.А. Крыловым, М. Лиджи, A.A. Пейве, A.C. Перфильевым, А.Н. Перцевым, В.М., Поберясиным А.Г. Поповым, Ю.Н. Разнициным, A.B. Рихтером, A.A. Савельевым, Г.Н. Савельевой, В.А. Симоновым, С.Г. Сколотневым, С.Д. Соколовым,

C.Ю. Соколовым, H.H. Турко, Д.И. Фрих-Харом, П. Эльтером. и многими другими.

Важнейшую творческую и моральную пооддержку в работе автора оказали сотрудники Лаборатории геоморфологии и тектоники дна океанов ГИН РАН - Г.В. Агапова, К.О. Добролюбова, В.Н. Ефимов, Л.М. Евграфов, В.А. Равенков, A.A. Рихтер, С.Ю. Соколов и H.H. Турко а также сотрудники других лабораторий ГИН и организаций - Л.В. Дмитриев, Д.И. Кудрявцев, М.В. Лучицкая, E.H. Меланхолина, А.Л. Книппер, В.Н. Шарапов и многие другие. Обсуждения со всеми вышеперечисленными специалистами тех или иных геологических, тектонических, геодинамических, геоморфологических и геофизических проблем существенно способствовали повышению научной подготовке автора и написанию настоящей работы.

Огромную помощь в освоении компьютерной техники и (или) подготовке на ней материалов к работе оказал С.Ю. Соколов, а также Л. Гасперини, В.М. Голод, К.О. Добролюбова, Л.М. Евграфов, В.Н. Ефимов, К.А. Крылов, М. Лиджи, Е.К. Павленко и

А.А. Рихтер Немаловажное значение в профессиональной подготовке автора имела стажировка автора в Университете Хьюстона в Лаборатории профессора Джека Кейси и курс лекций профессора Кевина Берка.

При создании базы данных, сбор информации по некоторым разделам, осуществлялся Г.В.Агаповой (географические названия) и совместно с С.Ю.Соколовым (глубоководное бурение, эпицентры землетрясений, деформации чехла) при участии К.О.Добролюбовой.

Пользуясь случаем, автор хотел бы поблагодарить всех вышеупомянутых специалистов и организации, за помощь и сотрудничество, экипаж нис "Академик Николай Страхов", капитанов б-го рейса Николаенко В.Е., 9-го - Беляева В.Г., 13-го и 18-го - Сазонова Л.В.

Создание этой работы было бы невозможно без финансовой поддержки разных организаций. Исследования по строению пассивных частей трансформных разломов происходили при финансовой поддержке в 1993 - 1995 г. - Российского Фонда Фундаментальных Исследований. Определенная материальная помощь была оказана в то же время в рамках программы "Мировой океан" по теме "Рельеф, его развитие и происхождение" Министерства Науки России. В 1993 году автором был получен индивидуальный грант Фонда Сороса. В 1996 году - индивидуальный грант Научного фонда НАТО, предоставивший возможность обрабатывать материалы и знакомится с разнообразной литературой в течение четырех месяцев в Институте Морской геологии, Болонья, Италия (Директор ИМГ - профессор З.Бонатти). Автор благодарит все организации, оказавшие финансовую поддержку при обработке данных по геологии Атлантического океана.

В заключение автор хотел бы подчеркнуть огромный вклад в работу всех работников библиотеки ЙГЕМ, высокий профессионализм и доброжелательность которых, оказали неоценимую помощь в поиске необходимой литературы.

Слова особой благодарности автор хотел бы выразить академику Юрию Михайловичу Пущаровскому, по инициативе которого проводились все вышеупомянутые экспедиционные исследования и публиковались, после полезной критики, многие результаты.

Глава 1. Проблемы тектонической терминологии дна Атлантического океана.

Для создания легенд к картам геолого-теофизического содержания автором была поставлена задача подробно рассмотреть особенности терминологии в области морской геологии и тектоники Атлантического океана. Подчеркнуто, что еще на начальных этапах исследования при описании подводных объектов были созданы две взаимно дополняющие друг друга системы терминологии - геоморфологическая и тектоническая. Существительное сопровождалось прилагательным, которое (или которые) отмечало ориентацию объекта по отношению к простиранию океана ("поперечный порог"), к САХ ("поперечные провалы вала"), его расположение в пространстве ("срединный хребет") или глубину относительно поверхности воды ("глубоководная котловина"). Эти принципы используются и в настоящее время (например - "поперечный хребет", "косой разлом"), что является особенностью формирования тектонических терминов для дна океанов.

К концу 60-х годов оформляется новый блок терминов, который был необходим для обслуживания вполне определенной reo динамической модели, причем для очень мелкомасштабных построений (I: п10 млн.). В связи с внедрением в начале SO-х годов в научную практику МЭ и изменением масштабов исследований (1:1 млн. и крупнее) многие введенные ранее термины требуют уточнения. В настоящий момент тектоническая терминология океанов находится в развитии, что обусловлено стремительным картированием океанического дна новыми методами и прежде всего МЭ нового поколения, сонарами и погружаемыми аппаратами. Посылкой к развитию терминологии служат открытия новых объектов и (или) существенные уточнения строения давно и�