Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Геотектоническое изучение подводных гор на основе магнитного моделирования

ВАК РФ 04.00.10, Геология океанов и морей

Автореферат диссертации по теме "Геотектоническое изучение подводных гор на основе магнитного моделирования"

АКАДЕМИЯ НАУК СССР ИНСТИТУТ ОКЕАНОЛОГИИ имени П.П.ШИРШОВА

На правах рукописи БРУСИЛОВСКИЙ Юрий Викторович

УДК 551.24

ГЕОТЕКТОНИЧЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ ПОДВОДНЫХ ГОР НА" ОСНОВЕ МАГНИТНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

04.00.10 - геология океанов и морей

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Работа выполнена в Лаборатории геомагнитных исследований Института океанологии имени П.П.Ширшова АН СССР

Научный руководитель - доктор геолого-минералогических наук А.М.ГОРОДНИЦКИЙ

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук В.Г.КАЗЬМИН (ИОАН), доктор физико-математических наук, профессор М.С.ВДАНОВ (ИЗМИРАН).

Ведущая организация - ВНИИОкеангеология Шнгео СССР

Защита состоится "/з " X/ _1990 года в //час на заседании специализированного совета К.002.86.02 по присуждениям ученой степени кандидата наук в Институте океанологии имени П.П.Ширшова АН СССР по адресу: П7218, г.Москва, ул.Красикова, 23.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института океанологии имени П.П.Ширшова АН СССР

Автореферат разослан " " Х' 1990 года

Ученый секретарь специализ

кандидат

С.Г.Панфилова

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Одной из характерных особенностей геолого-геоморфологяческого строения дна Мирового океана является широкое распространение вулканических подводных гор и близких к' ним по строении подводных островов. Подводные горы входят в состав всех наиболее крупных морфострук-тур океана.

Столь широкое распространение подводных гор, а также относительная кратковременность процессов формирования, позволяют использовать их для изучения кинематики лнтосферных плит и внутриплцтового базальтового вулканизма. С вулканическими подводными горами во многом связано распределение важнейших полезных ископаемых. Подводные горы являются наиболее доступным объектом геолого-геофизических исследований с поверхности океана. Это обусловлено значительным превьпением их вершин . над уровнем дна и малой мощностью покрывающих осадков. Важнейшую роль среди геофизических методов исследований подводных гор играет их геомагнитное изучение. Это обусловлено тем, что вулканические подводные горы сложены породами с высокой намагниченностью и с ними связаны локальные магнитные аномалии. Относительная кратковременность процессов формирования подводной горы в масштабах геологического времени, позволяет использо^ вать результаты их палеомагнитного изучения при решении задач . региональной геотектоники и изучении кинематики литосферных плит.

Сопоставляя значение палеоширот, получаемых при моделировании магнитного поля подводной горы с палеотектоническими реконструкциями и априорной геологической информацией можно получить сведения о скорости меридионального дрейфа несущей плиты или о возрасте исследуемой подводной горы. В свою очередь эти данные позволяют изучить кинематику несущей литосферы.

Подобный подход к изучению подводных гор был впервые предложен В.Вакье (1962) и затем был развит в работах Франш-то и Харрисона (1970). У нас в стране подобными работами занимался Городницкий A.M. (1976), Каминский и Семовский (1976).

Современная методика моделирования магнитного поля подводных гор нашла свое отражение в работах Паркер Л.Р., Шур Л., (1987). В нашей стране оптимальная методика моделирования магнитного поля подводных гор наиболее разработана Иваненко А.Н,

(1988).

Вместе с тем геомагнитная изученность подводных гор до сих пор остается невысокой. Поэтому привлечение для их палео-магнитного изучения новейших данных, полученных в последние годы, представляется особенно актуальным. Следует отметить, что до сих пор результаты палеомагнитного изучения подводных гор использовались в основном для решения кинематических задач и практически не применялись для изучения характера и последовательности базальтового вулканизма в пределах изучаемых регионов.

Цель работы: заключается в изучении на основе метода магнитного моделирования характера и последовательности базальтового вулканизма и кинематики несущей литосферы для подводных гор в Северо-Восточной Атлантике, Тирренской котловине Средиземного моря и Сомалийской котловине Индийского океана.

В соответствии с этим в работе решались следующие задачи:

1). На основе материалов геомагнитного и геоморфологического изучения и методики Иваненко А.Н. провести геомагнитное моделирование подводного хребта Горринда и подводных гор Канарской котловины (Северо-Восточная Атлантика), для исследования их тектонической природы и оценки кинематики несущей литосферы

2). Провести магнитное моделирование подводных гор Тирренской котловины и на основе анализа результатов геомагнитного и геологического изучения исследовать эволюцию крупнейших вулканов в Тирренской котловине Средиземного моря.

3). На основе магнитного моделирования подводных гор Сомалийской котловины оценить .их возраст и скорость северного дрейфа Сомалийской плиты в кайнозое.

' Материалы использованные в работе. В основу работы положены экспериментальные материалы комплексных геолого-геоморфологических и геофизических исследований подводного хребта Горринда (Северная Атлантика) и подводных гор Тирренского моря, выполненных при участии автора в двух экспедициях на научно-исследовательских судах Института океанологии им. П.П.Еиршова АН СССР. Кроме того использованы результаты гидромагнитных съемок подводных гор выполненных в Канарской котловине экспедициями НПО "Севморгеология", а также гидроыагнитннх к батиметрических съемок, проведенных в Сомалийской котлор^ье Индийского океана сотрудниками ЛО ИЗМИРАН. йагнитное моделирование осуществлялось по программам составленным А.Н.Иваненко, кроме

этого в работе использовались литературные данные.

Научная новизна. На основе магнитного моделирования получены новые данные о возрасте и особенностях геологического строения изученных подводных гор в Северо-Восточной Атлантике,! а также о кинематике несущей Африканской плиты с эпохи раннего мела до наших дней.

Установлена пространственно-временная эволюция базальтового вулканизма в глубоководной котловина Тирренского моря с плейстоцена до настоящего времени.

Даны оценки возраста подводных гор Сомалийской котловины и скорости северного дрейфа Сомалийской плиты с позднего, мела до наших дней.

Защищаемые положения.

1). Магнитное моделирование подводных гор может эффективно использоваться для изучения характера и последовательности | внутриплитового базальтового вулканизма, особенностей геологического строения и кинематики океанической литосферы.

2). Магнитное моделирование подводного хребта Горриндж и подводных гор Канарской котловины свидетельствует о северном дрейфе Африканской плиты с раннего мела до наших дней на угловое расстояние порядка 25°.

3). Вулканические подводные горы в глубоководной котловине Тирренского моря сформировались в интервале времен эпох магнитной полярности Матуяма-Брвннес при последовательном смещении во времени зоны вулканической активности с запада на восток от подводной горы Маньяги к подводной горе Марсили.

4). Совместный анализ результатов магнитного моделирования подводных гор Сомалийской котловины, линейных магнитных аномалий и палеомагнитных данных по Индийской и Африканской плите, свидетельствует о их формировании около 40 млн.лет назад и о северном дрейфе Сомалийской плиты со средней скоростью с 40 млн.лет до настоящего времени около 1,5 см/год.

Вклад автора. Автор принимал участие в трех рейсах на гауч'но-исследовательских судах АН СССР. При его непосредствен-гом участии производились геомагнитные исследования подводных ор Тирренского моря и подводного хребта Горриндж, а также оследующая комплексная обработка и интерпретация геофизичес-их материалов. Автор выполнил магнитное моделирование на ЭВМ :ех перечисленных в работе подводных гор, а также провел совестный анализ полученных результатов с геологическими и па-

леомагнитными материалами и данными изучения магнитных, свойств образцов.

Работа выполнена в Лаборатории геомагнитных исследований Института океанологии им. П.П.Ширшова АН СССР.

Практическая ценность работы. Опыт 'применения магнитного моделирования подводных гор для изучения природы и последовательности базальтового вулканизма и кинематики литосферных плит, может быть внедрен в практику геомагнитных исследований подводных гор в других регионах Мирового океана, где производится их батиметрическое и геомагнитное изучение. Наиболее перспективными для этого представляются регионы с широким распространением подводных гор в Северо-Западном и Юго-Восточном регионах. Тихого океана, а также в Индийском океане.

Апробация работы. Отдельные разделы работы и ее результаты докладывались и обсуждались на Всесоюзном специализированном семинаре в ИЗШРАН "Фундаментальные проблемы морских электромагнитных исследований" (Москва, 1988), на УШ Всесоюзной школе по морской геологии (Геленджик, 1988), на Всесоюзном семинаре "Палеомагнетиам и геотектоника" (Ленинград, 1989), на П Всесоюзном совещании по проблемам тектоники литосферных плит (Москва, 1989), на Советско-Индийском симпозиуме по.Индийскому океану (Москва, 1990).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 работ, •5'статей находится в печати.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, общим объемом

79 машинописных страниц,' содержит 2 3 рисунков, 4 таблиц ' и список литературы из 9о наименований* в том числе 50 иностранных.

Автор благодарен своему научному, руководителю доктору геолого-минералогических наук А.М.Городницкому за научное'ру- ' ководство, помощь и внимание, оказанные при подготовке диссертации. Автор также выражает благодарность научному сотруднику Института вулканологии ДВО АН СССР А.Н.Иваненко, которым была составлена программа моделирования магнитного поля подводных гор, использованная в работе; а'кроме того, автор считает своим долгом выразить признательность к.ф.-м.н. Г.М.Валяшко за многочисленные критические замечания и'советы и Н.А.Маровой за любезно предоставленные ею батиметрические материалы, ис-

пользованные в работе.

СОДЕЙХАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность теш исследования, формулируются цель работы и решаемые для её обеспечения задачи, приводятся сведения об использованных материалах, личном вкладе автора, научной новизне, практической ценности и об апробации полученных результатов.

Глава I. Геолого-геофизическая изученность подводных гор.

В главе рассматриваются общие сведения о геолого-геоморфологической изученности подводных гор, вопросы связанные с их металлогенией, дается обзор работ, выполненных по магнитному изучению подводных гор и обзор алгоритмов их магнитного моделирования.

Подавляющее большинство изученных в Мировом океане подводных гор имеют вулканическое происхождение. Так в Атлантическом океане вулканические горы составляют около 47% всех гор. Состав базальтовых лав, подводных вулканов находится в зависимости от их тектонического положения.- Кроме того, он меняется по мере удаления от рифтовой зоны, и связан с увеличением мощности литосферы и глубины магматических очагов (Городниц-кий, 1985; Агапова, Гершанович, 1979).

По современным данным приблизительный диапазон формирования подводного вулкана колеблется от нескольких сотен тысяч лет до 10, 20 и более миллионов лет (Менард, 1964; Дункан, Доугалл, 1976).

Размеры подводных гор колеблются в широких диапазонах. Невысокие вулканы, высотой 1-2 км, как правило, имеют простое морфологическое строение. Вулканы высотой 2-3 км имеют более сложное строение. Размеры их основания могут составлять 40-50 миль. Для большинства из них характерны крутые склоны 10-15 градусов.

С подводными горами в ряде случаев связаны месторождения железо-марганцевых руд. Железо-марганцевые корки наблюдаются на склонах подводных гор и вершинных плато. Рудное вещество образует пласт мощностью до 10 и более сантиметров. Так-как железо-марганцевые руды связаны с водами не донасыщ'ё иными карбонатом кальция, то и формирование этих руд должно контролиро-паться глубиной океана . Для Тихого океана - эта глубина Ь00-2000 м (Хольбзх. Путенаус, 1984). Кроме месторождений железо-марганцевых рул с подводными горами часто связаны гидро-

термальные месторождения сульфидных руд.

Современные магмы достигают поверхности Земли с 1°= 900°- 1200°С. При таких температурах базальтовая магма ведет себя как вязкая жидкость. При понижении температуры вязкость увеличивается и при Т°= Ь00°С движение жидкого расплава прекращается, а около температуры точки Кюри (576°) базальтовая лава затвердевает.

При остывании ниже точки Кюри лава в постоянном магнитном поле приобретает термоостаточную намагниченность. Таким образом основной вклад в магнитную аномалию, создаваемую подводной горой, вносится породами, намагниченность которых совпадает с направлением геомагнитного поля в период их образования. В силу устойчивости остаточной намагниченности слагающих пород, подводные горы являются достоверным указателем направления намагниченности геомагнитного поля, существовавшего во время их образования. Совместный анализ магнитноГ, аномалии и формы подводной горы может дать полную среднюю намагниченность, т.е. суммарный вектор индуцированной и остаточной намагниченности.

Как было показано выше, намагниченность базальтов в основном имеет термоостаточную природу и значительно превышает индуцированную. Поэтому определение вектора остаточной намагниченности, может быть сведено к вычислению вектора полной намагниченности. Это дает возможность с достаточной степенью достоверности переходить к палеомагнитным построениям, а в дальнейшем и к историко-тектоническому анализу перемещений несущих литосферных плит.

Первые работы по магнитному моделированию подводных гор были выполнены В.Вакье. В предложенной им методике объем горы аппроксимируется набором призм при допущении, что они имеют однородную намагниченность. В 1965 г Тальвани модифицировал этот метод, аппроксимируя гору набором тонких многоугольных пластов. В нашей стране, вопросами моделирования магнитного поля подводных гор занимались Городницкий, Каминский, Деме-ницкая, Семовский и др.

Задача оценки распределения вектора намагниченности по известному полю *»Та , относится к классу обратных задач магнитометрии и является некорректно поставленной задачей. Для

о, чтобы получить устойчивое решение, необходимо использовать регуляризирующие ограничения. Кроме этого необходимо вы-1 -линять контроль качества решения и качества задаваемой модели.

Рассмотренные выше модификации к подходу моделирования

подводных гор различаются главным образом способами их аппроксимации, но при этом не используются методы регуляции решения, а качество решения характеризуется только невязками между исходными и модельными аномалиями. Таким образом решение обратной задачи находится в очень широком классе неоднозначности.

Неадекватность принятой модели может возникнуть и в связи с аппроксимацией модели однородно намагниченными телами. Для учета индивидуальных черт строения подводной горы привлекаются более сложные модели, что приводит к увеличении размерности обратной задачи и умэньшению устойчивости решения."

В последнее время Паркером создана методика, позволяющая | более комплексно учитывать внутреннюю структуру подводной го- ' ры (Паркер и др., 1968), но эта методика требует очень больших затрат машинного времени, несоизмеримых с реальными возможностями имеющихся ЭВМ.

В представленной работе использовалась методика моделирования магнитного поля подводных гор, разработанная А.Н.Иваненко (Иваненко, 1968). Эта методика позволяет вести исследования магнитного поля подводных гор в двух направлениях: структурно-геологическом и палеомагнитном. В первом случае по известному полю А Та. ищется распределение вектора намагниченности по некоторому обтеку, содержащему интересующие нас источники аномалий. Р^адние палеомагнитной задачи получается из решения предыдущрГ: сядачи, при вычислении направления полученной оценки вектора намагниченности. Интерпретация результатов вычисления компонент вектора намагниченности : , Т^ , .1 2 , базируется на предположении о' термоостаточной природе намагниченности, т.е\ люгда, естественная остаточная намагниченность больше индуктивной. Согласно этому предположению, углоЕсе характеристики склонения и наклонения, вычисляемые по полученным в результате моделирования компонентам вектора намагничения можно рассматривать обусловленными палеополем в момент образования горы.

Обе эти проблемы также, относятся к классу обратных задач магнитометрии и являются некорректно поставленными задачами. Для.решения этой задачи А.Н.Иваненко использует метод обобщенной линейной инверсии на базе сингулярно ^о разложения.

Подобный подход позволяе пслучать регуляризо-

ванные решения и псевдорешения, но и проводить анализ свойств решения обратной задачи - определить количественную хара;ст<: сис

тику разрешимости параметров и информативности данных. Эти параметры определяются единичными матрицами и чем эти матрицы ближе к единичной, тем лучше разрешены параметры и тем большая часть данных участвует в псевдорешении. Учитывая эти параметры и дисперсию оценок параметров модели можно менять параметры модели и добиваться устойчивого решения. Таким образом, в отличие от разработанных ранее подходов к моделированию подводных гор, этот метод позволяет обоснованно выбирать параметры регуляризации и осуществлять контроль за качеством решения и качеством задаваемой модели, что позволяет в значительной степени сузить класс неоднозначности решения обратной задачи.

Глава 2. Геомагнитное изучение подводных гор Азоро-Гиб-ралтарской зоны разломов и Канарской котловины.

Глава посвящена геомагнитному изучению подводных гор в Северо-Восточной Атлантике, в районе которых были выполнены детальные гидромагнитные и батиметрические съемки. К их числу относятся подводный хребет Горриндж и подводные горы Канарской котловины.

Хребет Горривдя входит в систему подводных гор Хосшу, расположенную в восточной части Азоро-Гибралтарской зоны разломов, на границе мезвду Евразийской и Африканской плитами. С севера и юга хребет ограничен подводными котловинами Тагус и Хосшу. В пределах хребта вьщеляются две вершины: Геттисберг и Ормонд с минимальными глубинами 24 м и 42 м.

По данным геологических исследований, в том числе с подводных обитаемых аппаратов, геологическое строение и тектоническая эволюция хребта представляются сложными. Хребет Горриндж в его западной части (Геттисберг) сложен серпентинизиро-ванными гарцбургитами и габбро-долеритами, а в восточной (Ормонд) - габброидами и щелочными базальтами. Древнейшие осадки, вскрытые в пределах хребта Горриндж скважиной глубоководного бурения № 120, датируются минимальным возрастом 120 млн.лет. Осмеете с тем, серия щелочных базальтов, драгированных со склонов горы Ормонд по данным определений имеет возраст 50-60 млн. лет.

По данным определений абсолютного возраста, возраст океанской коры для хребта Горриндж составил 135 млн.лет (Парди, 1975) - это один из древнейших возрастов, устчновлент'х по изотопам для океанской коры в настоящее pp^ 'i.

В 12-ом рейсе нис "Витязь" было гровбдт> лет-v; юо ком-'-

лексное геолого-геофизическое изучение хребта Горриндж, включающее геоморфологическую съемку, геомагнитную съемку и геологическое изучение, а также изучение магнитных характеристик образцов горних пород, отобранных при драгировании.

В задачу геомагнитного изучения входило исследование степени магнитной неоднородности слагающих хребет геологических объектов, их возраста и кинематики кз сущей литосферы. Среднее расстояние между галсами гидромагнитнсН съемки составляло 5 миль. Средняя квадратичная погрешность съемки на полигоне составила 22 нТл.

В результате гидромагнитной и батиметрической съемок составлены карты аномального магнитного поля и детальная батиметрическая карта хребта Горриндж.

Результаты изучения магнитных характеристик пород показали, что массивные серпентиниты, слагахщие вершину Геттисберг, обладают значительной магнитной восприимчивостью - (10-77,5) • Ю-^ ед.СИ. Остаточная намагниченность серпентинитов, полученная по восьми образцам меняется от 0,56- 6,4 A/M при среднем значении 3,4 A/M. Фактор Кенигсбергера R = 0,9 - 11,5.

Непосредственно к массивным выходам серпентинитов на вершине Геттисберг приурочены короткопериодные аномалии с размахом до 500-600 нТл.

При драгировании вершины Ормонд было поднято около сотни обломков базальтов, которые по своим магнитным характеристикам разделились на две группы. Первую представляют магнитные разности с величиной остаточной намагниченности = 1,9-14,7 A/Mj Средняя намагниченность 7,6 A/M, & = 3,7 - 72,0, =(6-20) .Кг вд. СИ, Во вторую группу входят немагнитные разности ( 0^5-0,06 A/M и ЗС- МО" ед.СИ). По результатам петрографического изучения, "немагнитные" образцы предстаышны палео-типными толеитовыми базальтами, прошедшими через длительные стадии метаморфизма (до зеленокаменных изменений) и низкотемпературного окисления. Группа "магнитных" базальтов представлена щелочными базальтами более молодого возраста (Причард, Канн, 1982), с которыми, по-видимому, и связаны интенсивные локальные аномалии магнитного поля под верпиной Ормонд. Таким образом, данные геомагнитного изучения подводного хребта Горриндж показало, что там где на поверхность выходит поднятый блок океанической коры (Парди, 1975), намагниченность второго слоя океанической коры представленного базальтами толеитового состава полностью утрачена, а первичная намагниченность щелочных ба-

зальтор. вероятно, являющихся результатом наложенного вулканизма d эпоху илоло СО млi:. лот сохранилась достаточно хорошо.

Результаты изучения магнитных характеристик, вместе с материалами магнитных и батиметрических съемок подводного хребта Горриндж были использованы для магнитного моделирования. Из-за сложности магнитного поля, моделирование подводного хребта Горринда проводилось в несколько этапов. Было установлено, что подводный хребет состоит из набора областей прямой и обратной полярности. Для каждой из них определялись расчетные характеристики, для областей обратной магнитной полярности средняя величина эффективной намагниченности составила 0,2 А/м а палеоширота 6° ю_ш. Для областей прямой магнитной полярности' величина палеошироты составила II0 с.ш., а средняя эффективная намагниченность составила приблизительно 0,5 A/M. В настоящее время подводный хребет Горриндж расположен на 36° с.ш., и, ' таким образом, северный дрейф хребта с момента его образования до наших дней составил около 25°.

Как отмечено выше, возраст основания хребта Горриндж оценивается в 135 i 3 млн. лет, а возраст вершины Ормонд, сложенной щелочными базальтами, составляет 60-65 млн.лет. В связи с этим для вершины Ормонд магнитное моделирование было выполнено отдельно. Эта модель также представляет собой набор областей прямой и обратной полярности. Здесь выделяется область прямой полярности, ограниченная изобатой 1,5 км. и совпадающая с выходами щелочных базальтов с возрастом 60-65 млн. лет. Палеоширота формирования для этой области составила 22° с.ш., а значение эффективной намагниченности - 1,0 A/M.

Это позволяет высказать предположение, что щелочные базальты вершины горы Ормонд с возрастом около 60 млн.лет сформировались в результате наложенного вулканизма на палеошироте около 22° с.ш.

Среднеквадратичеекая погрешность наблюденного и модельного поля для всех областей составила около 10%.

По результатам магнитного моделирования была рассчитана средняя-скорость абсолютного северного дрейфа несущей Африканской плиты с раннего мела до настоящего времени. Она составила приблизительно 2,0 см/год, что сопоставимо с оценками средних скоростей северного дрейфа Африканской плиты в указанном интервале геологического времени, вычисленные по палеомагнит-ным данным (Городницкий, 1984). Таким образом, магнитное моделирование подводного хребта Горриндж позволяет сделать сле-

дующие основные ьнеоды:

1. Хребет Горршц"."' имеет гетерогенное тектоническое и магнитное строение и сложен положительно и отрицательно намагниченными массивами базальтов, серпентинитов и щелочных базальтов, что свидетельствует о многоэтапном его формировании, соответствующем эпохам прямой и обратной магнитной полярности.

2. Основная часть массива хребта Горриндж, сложенного базальтами и серпентинитами с эффективной намагниченностью 0,3-1,0 A/M, сформировалась вблизи экватора в интервале пале-оширот 8 - 12° с.ш., по-видимому, вблизи границы юры и раннего мела в Беррийский и Валанжинский век, характеризующийся сменой полярности геомагнитного поля, что могло обусловить наличие по-> ложительно и отрицательно намагниченных массивов горных пород. Этому этапу геологического времени соответствуют линейные ано-, малии MI2 и МП, что подтверждается положением хребта Горриндж между аномалиями М25 и

3. Щелочные базальты вершины горы Ормонд с возрастом около 60 млн. лет и Cf эф около I A/M, по-видимому, сформировались в результате наложенного вулканизма' на палеошироте около 20° с.ш., в то время' как основной массив хребта под вершиной Ормонд имеет единое происхождение со всем массивом Горриндж.

4. Со времени своего формирования хребет Горриндж, рас- " положенный сейчас на широте 36,5° с.ш., испытал дрейф в северном направлении на угловое расстояние около 25°. Сопоставление полученных данных с палеогеодинаийческиыи реконструкциями (Зо-неншайн, Савостин, 1984; Скотиза, 1987)' показывает, что это в первом приближении соответствует северному дрейфу Африканской плиты от 137 млн. лет. до настоящего времени, при этом скорость меридионального дрейфа составила приблизительно

2,0 см/год.

В число изученных подводных гор Канарской котловины входят подводные горы йер, Эрвинг, Круизер и безымянная гора с координатами вершины1/' = 33°56* с.ш., = 28°21' з.д. Эти подводные горы расположены на восточном склоне Северо-Атлантического срединного хребта медцу Азорскими островами и северной частью Канарской котлоеины. Согласно существующему геоморфологическому районированию, они входят в состав подводных гор Азорской группы и представляют собоЗ вулканическую цепь с общим основанием.

Магнитное моделирование проводилось по материалам деталь-

ных геомагнитных съемок,выполненных объединением Севморгеоло-гия в этой части Атлантического океана.

В результате моделирования установлено, что все изученные подводные горы имеют прямую магнитную полярность и среднюю палеошироту формирования около 12° с.ш. В настоящее время горы расположены на 31-33° с.ш. Можно предположить поэтому, что океаническая часть Африканской плиты, на которой эти горы расположены, с момента их образования переместились к северу на угловое расстояние порядка 18-20°.

Сопоставление полученных данных с палеореконструкциями (Скотиза, 1987) и данными о возрасте несущей литосферы, которые по результатам бурения (137 скв.) и по линейным магнитным аномалиям (Рона, 1984) составляет приблизительно 89 млн.лет, дает основание предположить, что изученные палеовулканы сформировались в позднем мелу. Это косвенно подтверждается прямой магнитной полярностью гор. Примерный возраст их формирования, по-видимому, не моложе, чем - 84-88 млн. лет (сантон-каньяк), т.к. на границе кампан-сантон уже начинается частая смена магнитной полярности (с учетом этих соображений была проведена оценка средней скорости меридионального дрейфа Африканской плиты от позднего мела до настоящего времени). Она составила приблизительно 2,5 см/год, что хорошо коррелируется с оценками средних скоростей дрейфа Африканской плиты в указанном интервале геологического времени по палеомагнитным данным (Го-родницкий, 1984).

Полученные расчетные данные близки к приведенной выше оценке по подводному хребту Горриндж, расположенному на той же плите (2,0 см/год).

Таким образом, магнитное моделирование дает возможность предположить, что вулканическая цепь Круизер-йер-Эрвинг-Безы-мянная, сформировались в эпоху позднего мела, вблизи экватора (12° с.ш.), а затем, в результате северного дрейфа Африканской плиты, переместились к северу на угловое расстояние около 20° при средней скорости около 2,5 см/год.

Глава 3. Геомагнитное изучение подводных гор глубоководной котловины Тирренского моря.

В задачу геомагнитного изучения подводных гор глубоководной котловины Тирренского ыоря входили оценка возраста и последовательности их формирования, а также степени магнитной неоднородности слагающих их базальтов. С этой целью были про-

то

ведены детальные геомагнитные и батиметрические съемки на подводных горах Маньяги, Вавилова и Млрсили. Среднее расстояние между галсами при съемке на подводных горах составило -1-2 мили, среднеквадратичная погрешность на полигонах составила 13 нТл для подводной горы Маньяги, 22 нТл для подводной горы Вавилова и 30 нТл для подводной горы ¡ларсили.

Наряду с гидромагнитной съемкой на подводных горах производился отбор ориентированных кернов и образцов горных пород с помощью подводных обитаемых аппаратов "Мир" и "Аргус".

Так анализ образцов осадков у подножья подводной горы Млрсили показал, что они имеют обратную намагниченность, ко торую могли приобрести в эпоху Матуяма.

Измерения вектора намагниченности для ориентированного образца с подводного вулкана Вавилова, отобранного в области обратной магнитной полярности показали, что он также имеет обратную намагниченность. Это указывает на 2-х этапный характер формирования вулкана.

Все эти материалы были использованы для магнитного моделирования и при интерпретации его результатов. Согласно результатам моделирования, геомагнитная модель подводной горы Маньяги представляет собой совокупность областей прямой и обратной полярности. Основной вулканический массив сложен породами с обратной магнитной полярностью. Средняя величина эффективной намагниченности для этих областей составляет 1-2 A/M. В целом для подводной горы Маньяги на фоне обратной магнитной полярности могут быть выделены две области прямой магнитной полярности. Одна из этих областей приурочена к эпицентру положительной магнитной аномалии и характеризуется значениями эффективной намагниченности в 6 A/M. Анализ трансформаций магнитного поля показал, что характер его практически не меняется, а амплитуда аномалии меняется с высотой незначительно. Это может свидетельствовать в пользу глубинного залегания источников поля, что подтверждается отсутствием корреляции аномалий с рельефом. Вторая область положительной полярности совпадает с полосой слабых положительных аномалий, ортогональных основному простиранию и возможно связана с наложенным вулканизмом, контролируемым разломом, простирание которого совпадает с простиранием этой области.

Результаты магнитного моделирования позволяют предположить, что основной вулканической постройки подводного вулкана лнньяги, происходило в эпоху обратной магнитной полярности, в

зоне растяжения, что определило субмеридиональную вытянутость вулкани' ;ской горы. В эпоху прямой магнитной полярности происходили ¿оцессы вторичного вулканизма, приведшие к формированию больо мелких вулканических тел, контролируемых разломами, рассекавшими основную вулканическую постройку. Сопоставление результатов геомагнитного изучения с данными непрерывного сей-смопрофилирования и биостратиграфического исследования осадков, а также материалами глубоководного бурения, дают основание для предположения, что формирование основной вулканической постройки происходило в эпоху 1'Латуяма и древнее 0,7 млн. лет, а наложенные вулканы, связанные с прямой Магнитной полярностью, соответствуют эпохе Брюннес. Как показывают результаты выполненного здесь сейсмопрофилирования, к восточному и северному склонам горы прилегают слоистые горизонтально залегающие современные осадки, а на юго-западном фланге хребта, в области положительной аномалии магнитные поля, на сейсмическом профиле выявляется блок, приподнятый относительно дна абиссальной котловины на высоту около 200 м. Во многих местах верхний слоистый горизонт мощностью 100-150 и прорван структурами нижнего горизонта. Опорная граница "М", залегающая на глубине 200-300 м, также имеет неровную, резко расчлененную поверхность. Эти данные, также как и структура аномалий магнитного поля, свидетельствуют о существовании в районе горы Маньягк";, _ молодых тектонических движений и связанного с ними вулканид- '. ма, приуроченного, по-видимому, к эпохе Брюннес. Таким обра- • зом, судя по данным геомагнитного изучения, гора Маньяги представляет собой двухэтапный вулкан, осложненный, наложенной, тектонической деятельностью.

Магнитное моделирование подводной горы Вавилова показало, что она представляет собой вулкан, развитие которого шло в несколько этапов. Формирование основной вулканической постройки, выраженной в современном рельефе, по-видимому, происходило в эпоху обратной магнитной полярности, в то время как вершина горы, связанная с более поздними изменениями, образовалась в эпоху прямой магнитной полярности. С этой же эпохой могут быть связаны интрузивные образования с высокой эффективной намагниченностью на восточном склоне горы. Изучение вулкана Вавилова с подводных обитаемых аппаратов и анализ отобранных образцов, показали, что на глубинах более 1о00 м горе сложна массивными базальтовыми лавчки, которые? т г/оньших глубинах (¡меняются другими базальтоидчми, формирующими вершину

вулкана.

По данным радиометрического определения, возраст верхней части вулканической постройки, к которой приурочена положительная аномалия магнитного поля, составляет 0,1-0,4 млн. лет и совпадает с положительной магнитной полярностью эпохи Браннее. Возраст осадков, залегающих между лавовыми потоками на западном склоне горы на глубине 2780 м определен по форамини-ферам как позднеплиоценовый. Результаты изучения магнитных свойств пород с горы Вавилова, соответствуют приведенным данным возрастных определений и подтверждает предположение о двухэтапном процессе вулканизма приведшего к образованию горы Вавилова.

Все эти данные позволяют предполагать, что основная часть нижнего вулканического массива сформировалась в эпоху обратной магнитной полярности Матуяма, а затем гора была надстроена при последующем цикле активного вулканизма в эпоху Брюннес. Это подтверждает предположение, что основная часть вулкана Вавилова сформировалась, не ранее 2,4 млн. лет назад.

Как показали результаты магнитного моделирования, в пределах горы Марсили, имеющей сложное строение, выделяются блоки с различным направлением и величиной эффективной намагниченности. Верхняя часть горы, ее южный и северо-восточный склоны, имеют прямую магнитную полярность, в то время как нижняя часть остальных склонов характеризуется обратной магнитной полярностью. 3 районе горы Марсили в глубоководной котловине была пробурена скважина 1? 650. Как показали данные бурения, верхние слои до глубины 600 м сложены осадками,' под которыми залегают породы кристаллического фундамента. Согласно магнитостратигра-фическим данным, базальты, слагающие фундамент, имеют возраст 1,7-1,9 млн. лет. что соответствует эпизоду Олдувай в эпоху обратной магнитной полярности н!атуяма. Следовательно время на-ч;и:а вулканической деятельности в этом районе может быть отнесено к указанной опохе с временным интервалом от 1,9 до 0,7 млн лет. Это подтверждается и анализом магнитных сеойств колонок осадочных город, гду нижние слои осадков имеют отрицательную намагниченность, которую, по всей видимости, приобрели в эпоху латуяма. Как показывают результаты магнитного моделирования, основной массив вулкана марсили имеет прямую магнитную полярность. Это дает основание полагать, что основная вулканическая постройка сформировалась в эпоху Брюннес, то есть моложе 0,7 млн

лет. Это подтверждается данными о том, что последние проявления вулканической деятельности на Марсили датируются возрастом 0,1-0,2 млн. лет (Селли, 1977).

Сопоставление результатов геомагнитного изучения вулканит ческих подводных гор Тирренской котловины: Маньяги, Вавилова и Марсили, и, прежде всего, результатов магнитного моделирования показывает, что формирование этих вулканов происходило как минимум в 2 этапа. По всей видимости, вулканическая деятельность, приведшая к формированию основной вулканической постройки для каждого из этих вулканов, была приурочена к эпохам Матуяма и Брюннес. При этом, судя по соотношению областей прямой и обратной полярности и закономерному увеличению эффективной намагниченности с запада на восток, в направлении от горы Маньяги к горе Марсили, ось вулканической активности смещалась в том же направлении, возможно отражал смещение оси растяжения. Это предположение подтверждается и результатами бурения II скважин, пробуренных в 107 маршруте по программе О.Д.Р. Так три скважины, пробуренные в пределах двух суббассейнов Вавилова и Марсили, в центре глубоководной части Тирренской котловины, показали, что оба подстилаются базальтовым фундаментом, но возраст последнего по крайней мере на I млн. лет моложе возраста фундамента бассейна подводной горы Вавилова. С этим хорошо коррелируются результаты рассчета мощности литосферы по геотермическим данным, показавшие, что минимальная мощность литосферы (около 20 км) соответствует участку Тирренской котловины между горами Вавилова и Марсили.

Анализируя амплитуды магнитных аномалий трех подводных ^ор, следует отметить, что магнитная аномалия над подводной горой Ыаньягм по амплитуде в 2-3 раза меньше, чем аномалия над подводной горой Вавилова и почти на порядок меньше, чем над подводной горой Марсили. Так же распределяются и величины эффективной намагниченности, полученной в результате магнитного моделирования.

Глава 4. Геомагнитное изучение подводных гор Сомалийской котловины (Индийский океан).

Индийский океан можно считать одним из наиболее перспективных регионов для палеомагнитного изучения подводных гор, особенности его эволюции создают благоприятные условия для изучения абсолютных и относительных движений плит, составляющих его обрамление. Это связано с преимущественно субмсриди-ональннм движением окаймляющих его плит в позднем мезозое и 16

кайнозое, в процессе распада Гондваны, закрытия восточной части Тетиса и раскрытия Индийского океана.

В течение последних лет в западней части Индийского океана, в пределах Аравийской и Сомалийской котловин и разделяющего их хребта Карлсберг ЛО ИЗШРАН СССР были проведены систематические площаднгй геомагнитные съемки, позволившие полу. чить новые данные о структуре аномального магнитного поля в этой части океана, и положенные в основу геоисторического анализа и изучения кинематики Индийской и Сомалийской плит•(Ка- • расик и др., 1988).

Основным результатом геохронологической интерпретации аномального магнитного поля явилось ввделение полной последо-вательнос<ги линейных аномалий, начиная с 29 ( 66,2 млн. лет) и кончая осевой. Анализ карты осей магнитных аномалий приводит к выводу о двухэтапном раскрытии северо-западной части Индийского океана, которое происходило вначале относительно широтного протохребта Карлсберг, а затем - относительно современного.хребта Карлсберг, имеющего юго-восточное простирание.

Анализ формы древних аномалий, соответствующих, этапу быстрого спрединга, в Аравийской и Сомалийской котловинах, • дал возможность Склейтеру и Мак-Кензи сделать еывод о том, что они сформировались на 10° ю.ш.

.Вместе с тем кинематика абсолютного движения Сомалийской плиты в позднем мезозое и кайнозое оставалась неизученной.

Магнитное моделирование проводилось для семи гор, образующих цепь, протягивающуюся с юго-запада на северо-восток от 56° до 54° в.д. и от 1° ю.ш. до 2° с.ш.

Высота подводных гор меняется от двух до четырех.км. Над .подводными горами.отмечаются отчетливые изометричные в плане короткопериодные аномалии с амплитудами 200-350 нТл, осложняющие структуру аномального магнитного поля в системе линейных аномалий 26-24. Цепь этих гор ортогональна простиранию систе- . мы.линейных магнитных аномалий Сомалийской котловины.

Значительные трудности при моделировании были вызваны искажающим влиянием линейных магнитных аномалий. В пределах каждой' горы в результате моделирования выделялись области прямой •и обратной магнитной полярности. При этом'область обратной магнитной полярности, как правило, совпадает -в плане с самой вулканической постройкой и приурочена к той части горы, где не сказывается искажающее влияние линейных магнитных аномалий.

Средние значения палеошироты для этих областей состав™ •

5° в.ш.

Как отмечалось выше, время формирования несущей литосферы, датируется поздним мелом (линейные аномалии 24-26) а широта ее образования, как показывает использование -метода, составляет около 10° ю.ш. (Меркурьев; 1968). Судя по результатам магнитного моделирования, широта формирования вулканических подводных гор составляет в среднем около 5° ю.ш.

Наличие выявленных при моделировании областей обратной и прямой магнитной полярности в пределах вулканических построек может свидетельствовать о том, что процессы внутршлитового вулканизма приведшие к образованию цепи подводных гор, происходили в эпоху смены знака магнитной полярности. В настоящее время горы расположены вблизи экватора, и, таким образом, северный дрейф несущей их Сомалийской плиты за время их существова-> ния составил около 5°. Сопоставление величины этого дрейфа с палеомагнитными данными по Сомалийской плите, вместе с оценкой частоты инверсий магнитного поля дает возможность предположить,| что возраст этих гор около 37-40 млн.лет.

Следует отметить, что поэднемеловой-раннепалеоценовый возраст несущей литосферы, определенный по линейным магнитным аномалиям, подтвержден результатами глубоководного бурения вблизи изучаемых подводных гор (скв. 236). Возраст вскрытых этой скважиной базальтов по данным определений абсолютного возраста составил около 58 млн,лет. На основе сопоставления возраста несущей литосферы, возраста подводных гор и учитывая угловое расстояние северного дрейфа несущей Сомалийской плиты, которое составило 5°, была рассчитана средняя скорость ее северного дрейфа, с позднего мела. Как показывают оценки, за интервал • геологического времени от 60 до 38 млн.лет средняя скорость северного дрейфа для Сомалийской плиты составляла около 2,7 см/год, а со времени образования подводных гор (около ЗЬ-40 млу.лет) она резко снизилась, и в интервале ЗЬ-0 млн.лет уменьшилась до 1,5 см/год.

Сравнение полученных результатов с палеомагнитными реконструкциями Африканской, Сомалийской и Индийской плит (Город-ницкий, 1964), дает возможность полагать, что резкое снижение скорости северного дрейфа Сомалийской плиты на границе позднего эоцена и олигоцена является следствием крупнейшей тектонической коллизии этой эпохи - закрытия восточной части палео-океана Тетис и столкновение Индийской "литы с Евразиатской. Это привело во фронтальной части границы взаимодействия плит

к расколу Евразиатской плиты на серию микроплит, а в тыловой -к резкому торможению северного дрейфа Африканской, Сомалийской и Индийской плит, а также к интенсивным внутриплитовым деформациям в Центральной котловине Индийского океана.

Сопоставление данных о резком уменьшении скорости северного дрейфа Сомалийской плиты с материалами рассчета минимальных скоростей движения континентов в позднем мезозое и кайнозое по палеокагнитным данным указывает на хорошую их корреляцию (Городницкий, 19Ь4). Действительно в интервале времени между поздним мелом и поздним эоценом скорости северного дрейфа уменьшаются для Индийской плиты с 6,6 см/год до 2,5 см/год, а для Африки - с 2,8 см/год до 1,9 см/год.

Указанный перипад скоростей движения Сомалийской плиты хорошо коррелирует также с соответствующим резким уменьшением линейных скоростей спрединга дна Индийского океана, отображающего скачкообразные изменения в скоростях движения обрамляющих его плит.

Заключение.

В заключении сформулированы основные результаты и выводы, которые сводятся к следующему:

1. Подводный хребет Горриндж имеет гетерогенное магнитное строение и сложен положительно и отрицательно намагниченными массивами горных пород, соответствующим эпохам прямой и обратной магнитной полярности. Основная часть массива хребта Горриндж, сложена породами с эффективной намагниченностью 0,3-1,0 A/wi и сформировалась вблизи экватора в интервале палеоширот 8-12° с.ш., по-видимому, вблизи границы юры и раннего мела.

Со времени своего формирования хребет Горриндж испытывал дрейф в северном направлении на угловое расстояние порядка 25°. Сопоставление полученных данных с палеoreодинамическими реконструкциями в первом приближении подтвертздает северный дрейф Африканской плиты с раннего мела до наших дней со скоростью 2,0 см/год.

2. Подводные горы Канарской котловины (йер, Эрвинг, Круи-зер) в целом характеризующиеся положительной магнитной полярностью имеют возраст не моложе 64-88 млн.лет (сантон-коньяк) и образовались на палеошироте около 12° с.ш. По этим данным также была проведена независимая оценка средней скорости меридионального дрейфа Африканской плиты от позднего мела до настоящего времени, которая составила '¿,э см/год, что хорошо коррели-

руется с палеомагнитными реконструкциями для указанного возрастного интервала.

3. Результаты геомагнитного изучения и магнитного моделирования вулканических подводных гор Тирренской котловины, свидетельствуют, что горы Маньяга, Вавилова и Марсили сформировались как минимум в два этапа. Согласно этим данным, основная вулканическая деятельность, приведшая к формированию основной вулканической постройки для кавдого из вулканов была приурочена к эпохам Натуяма и Брюннес. При этом зона вулканической активности смещалась с запада на восток от подводной горы Маньяги к подводной горе Марсили, по-видимому, отображая смещение оси растяжения.

4. Согласно результатам магнитного моделирования возраст 1 исследуемых подводных гор Сомалийской котловины, определяется

в 37-40 млн.лет. С учетом возраста литосферы и возраста под- • водных гор была определена скорость северного дрейфа Сомалийской плиты с позднего мела до настоящего времени. Как показывают выполненные оценки, за интервал геологического времени от 60 до 38 млн.лет средняя скорость северного дрейфа Сомалийской плиты составляла, около. 2,7 см/год. В эпоху образования под водных гор (около 38-40 млн.лет) она резко снизилась и в интервале 38-0 млн.лет уменьшилась в среднем до 1,5 см/год. Эти величины скоростей хорошо коррелируются с оценками скоростей по палеомагнитным реконструкциям. Можно предполагать, что резкое снижение скоростей северного дрейфа Сомалийской плиты на границе эоцена й олигоцена является следствием закрытия восточной части океана Тетис и столкновения Индийской плиты с Евразиатской.

Небольшое количество подводных гор для которых выполнены магнитные и геоморфологические съемки заставляет с осторож--ностью относится к полученным нами выводам, которые, по-видимому, будут существенно дополнены и уточнены по мере дальнейшего геомагнитного изучения подводных гор. Вместе с тем, опыт применения магнитного моделирования вулканических подводных гор сложного генезиса свидетельствует о высокой эффективности их магнитного изучения для исследования природы и этапности внутри плитового базальтового вулканизма, а также оценки абсолютной кинематики несущих плит.

По теме диссертации агтором опубликовано:

1. Городницкий А.;;1., Беляев И.И., Брусиловский Ю.В., Попов К.В. Щербаков В.П. Геомагнитное изучение подводного гребта Горриндж.// Океанология.- 1986.- т.33, № 5.- с. 814-818.

2. Беляев И.И. ,БрусилоЕский D.B., Городницкий A.M., Попов К.Ь.,, Трейдер A.A., Щербаков В.П. Детальное геомагнитное изучение подводного хребта Баррони (Тирренское море).// Зизика Земл1$.

- 1968.- № 10. с. 76-82.

3. Брусиловский D.B., Городницкий А..vi. гЛагнитное моделирование подводного хребта Горриндж.// Элоктромагнитные индукции в океане. ¿1., Наука.- 1968.

4. Брусиловский D.d., Городницкий A.wi., Иваненко А.Н. Структура и эволюция подводных гор Вавилова и крепли по данным .магнитного моделирования.// Тезисы УШ Всесоюзной школы по морской геологии. М., ИОАН,- 1988.

5. Беляев И.И., Брусиловский Ю.В., Городницкий A.M., Попов К.В. Шрейдер A.A., Щербаков З.П. Детальное геомагнитное изучение, подводной горы 1,1арсили (^ирренское море).// Океанология.-1989. - т. 39, № 1. - c.bl-t>4.

6. Брусиловский Ю.В. :Ллгнитное моделирование подводной горы ' Маньяги.// Океанология. - 1990. т.30, № 4.

60x90/16 Печ.л.1,3-

Т-1 091 't. Зак.Н" 43.

Подписано к печати И. Об. 1990 г. Тираж 100.

Институт океанологии им.П.П.Ширшоаа Академии наук СССР Москва, ул.Красикова, дом 23.