Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Структура магнитоактивного слоя и глубинное строение океанической коры в районе Канаро-Багамского геотраверса (северная часть центральной Атлантики)

ВАК РФ 04.00.10, Геология океанов и морей

Автореферат диссертации по теме "Структура магнитоактивного слоя и глубинное строение океанической коры в районе Канаро-Багамского геотраверса (северная часть центральной Атлантики)"

Министерство природных ресурсов Российской Федерации Всероссийский научно-исследовательскнй институт геологии н Г Г Б МибЬЦальных ресурсов Мирового океана (ВНИИОкеангеология)

2 7 ЯНВ 1997

На правах рукописи

УДК 551.241:550.838(261)

Астафуроза Екатерина Григорьевна

СТРУКТУРА МАГНИТОАКТИВНОГО СЛОЯ И ГЛУБИННОЕ СТРОЕНИЕ ОКЕАНИЧЕСКОЙ КОРЫ В РАЙОНЕ КАНАРО-БАГАМСКОГО ГЕОТРАВЕРСА (СЕВЕРНАЯ ЧАСТЬ ЦЕНТРАЛЬНОЙ АТЛАНТИКИ)

Специальности: 04. 00.

04 00. разведки

10 - геология океанов и морей

12 - геофизические методы поисков и

месторождений полезных ископаемых

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минерапогических наук

Санкт-Петербург 1997

Работа выполнена во Всероссийском научно-исследовательской институте геологии и Минеральных ресурсов Мирового океана (ВНИИОкеангеология)

Научные руководители: <> Академик РАЕН, профессор А. М. Городницкпй ь Доктор геолого-минералогических наук С. П. Мащснков

Официальные оппоненты:

® Доктор геолого-минерапогнческих наук, профессор С. В. Аплонов • Кандидат физико-математических паук С. А. Меркурьев

Ведущая организация: Объединенный игститут Физики Земли РАН

Защита диссертации состоится 31 января 1997 г. в 14-00 па заседании Специализированного Совета но присуждению ученых степеней Д. 071. 14. 01 при ВНИИОкеангеология. С диссертацией можно ознакомиться в паучно-Iемшческой библиотеке ВНИИОкеангеология но адресу: С-Псlopóypi. и. р. Мойки. 120, к. 58.

Огтмкм па автореферат просим присылать по адресу:

190121 г. Санкт-Петербург, Английский проспект (Маклина), д, 1, ШПШОкеангсологня, Ученому секретарю Спецсовета Андреевой II. А.

Факс |S1?>-114-14-70

Ли к'реферат разослан " 27 " декабря 1996 г.

Ученый секретарь

Специализированного совета Д. 071. 14. 01 кандидат геолого-мннералогпческих паук

Общая характерно гика работы

Актуальность темы

Анализ магнитных аномалии занимает особое положение в изчченпп природы и эволюции океанской литосферы. Характерная полосчатая, обладающая билагерачыюй симметрией относительно средпнио-океаническцх хребтов (СОХ), структура аномальною магнитного поля (АМП) океанов явилась одним из основных аргументов при обосновании концепции тектоники лшосферных гишг. Современные легальные данные, полученные к пределах СОХ, свидетельствуют что спредииг океанического дна. особенно ь условиях малых скоростей корообразования, представляет собой сложным трехмерный процесс, г, котором разрывным нарушениям отводится существенная роль. По данным г 1убоководно| о бурения и драгирования пород дна известно, что породы глубинных три ютов коры магнитны п могут влиять на величину магнитных аномалии. В последнее время и петромапшшых моделях океанской литосферы нее большее значение придается глубинным маши толк гивпым горизонтам.

Современные данные, систематической гидромл нш пой сьечки в комплексе с батиметрической, гравиметрической и сейсмометрической информацией, полученные по • программе Канаро-Батамского геотраверса (КБГГ) в Северной части Центральном Атлантики, в области где кора образована в ходе типичного ме.плтого спредпша. позволяют изучить пространственно - временные особенности формирования и эволюции ее магнит оактпвного слоя и плотносшой структуры, что является амуальном задачей геологических исследований в океане.

Целью настоящей работы является изучение природы магнитных и гравитационных аномалий и их связи со структурой магнигоактивного слоя океанической коры, сформированной в условиях нпзкоскоростного спрединга па примере района, расположенного в Атлантическом океане между разломивши зонами Кепи и Атлантнс. Для достижения этой цели были решены следующие задачи:

1. проведен анализ амплитудных характеристик магнитных аномалии;

2. выполнено магнитное и плотностное моделирование коры;

3. проведено сопоставление латерального изменения эффективной намагниченности и эффективной плотности с возрастом корн и особенностями спрединга исследуемого района.

Материалы, используемые в работе и методика исследований

В основе работы лежат материалы комплексных геофизических исследований, выполненных по программе Капаро-Багамского геотразерса:

1. площадные съемки магнитного поля, рельефа дна и поля силы тяжести в районе Средннно-Атлантического хребта (САХ) и его флангов, которые позволили построить среднемасштабные карты этих параметров на акваторию размером 1000x600 км и охарактеризовать океаническую кору возрастом от 0 до 40 млн. лет;

2. три широтных трансокеаническнх профиля комплексных геофизических исследований, содержащих информацию о магнитном поле, поле силы тяжести, рельефе дна, сейсмических границах и дающим представление об особенностях коры, сформировавшейся за последние 80 млн. лет;

3. база данных по петромагнитным свойствам океанических пород, созданная в лаборатории геомагнитных исследований ИО РАН;

4. публикации, в том числе и новейшие цифровые компилляции /МаспаЬ е( а!.. 1996/, а также данные Проекта Глубоководного Бурения.

В ходе исследований использовались компьютерные технологии обработки, картографирования и интерпретации геофизических данных. При плотностном и магнитном моделировании применялись разнообразные способы решения прямых и обратных задач грави- и магнитометрии в двумерной постановке с целью геоисторического анализа АМП и вычисления эффективной намагниченности и интегральной плотности по профилям. Автором предложена методика оценки интенсивности АМП е трехмерной постановке, применена методология исследования 4-D архитектуры литосферы, градирование осуществлялось по алгоритму минимума кривизны поверхности /Briggs, 1974/. Все методические приемы реализованы в виде программного обеспечения, функционирующего в среде IBM/PC - совместимых компьютеров.

Научная новизна работы Для океанической коры, сформированной в условиях низкоскоростного спредингг, предложена нетрадиционная модель магнитоактивного слоя, с учетом распределения источников аномалий на всю ее мощность.

Выполнен возрастной анализ интенсивности аномального магнитного поля и эффективной намагниченности, что является конкретной реализацией автором настоящей работы методологии исследования 4-D архитектуры литосферы /Мащенков, 1994/, подразумевающей трехмерное моделирование геофизических характеристик совместно с временным анализом их изменчивости.

Проведена комплексная интерпретация данных в сопоставлении с характеристиками режима спрединга (скорость раскрытия, эруптивная и тектоническая фазы формирования коры).

Защищаемые положения.

1. В Северной части Центральной Атлантики интенсивность магнитных аномалий изменяется с возрастом океанической коры. Существует билатеральная симметрия по отношению к оси хребта повышенных значений амплитудных характеристик аномального магнитного попя (размаха аномалий) на возрастных интервалах 20-25, 55-55 и 70-80 млн. лет.

2. Источники океанских магнитных аномалий располагаются не только в пределах пиллоу-базалыпов слоя 2А, как предусматривалось канонической моделью Вайна -Мэтьюза, но и в глубинных слоях океанической коры. Суммарная мощность магнитоактивного слоя в первом приближении соответствует мощности океанической коры.

¿. Резкие колебания значений эффективной намагниченности вдоль оси Срединно -нтпантического хребта связаны с серпентинитовыми протрузиями, выявленными в зонах пересечения хребта и трансформных разломов, а также с изменениями состава базальтов, которые обусловлены различиями в геодинамических режимах центра спрединга.

4. Интенсивность магнитных и гравитационных аномалий в зоне Срединно -Атлантического хребта определяется скоростью спрединга и зависит от фазы формирования коры (эруптивной или тектонической). При этом уменьшение мгновенной скорости спрединга сопровождается, как правило, увеличением средней эффективной намагниченности коры и уменьшением ее эффективной плотности.

Вклад автора. Автор участвовала во всех этапах исследований от получения материалов (участие в нескольких рейсах в составе гравимагнитного отряда), оцифровки результатов гидромагнитных съемок, увязки магнитометрических данных, до разработки методики изучения амплитудных характеристик АМП, выполнения магнитного и вдотностного

моделирования. Изучением строения литосферы Апатического океана диссертат занимается с 1981 года, являясь ответственным исполнителем разделов ряда научно исследовательских тем.

Практическая значимость работы.

Полученные компьютерные карты эффективной намагниченности и интенсивное!и магнитных аномалий дополняют геофизические базы данных по геотраверсач- и представляют собой основу для решения фундаментальны:; и прикладных проблем изучения геологического строения дна океана. Ряд картографических резучыагои использован при реализации научно-исследовательских тем ВНИИОкеангеологпя, иредмолаиеюя п\ тчанш в компьютерном Атласе по КБГТ.

С учетом результатов данного исследования возможно планирование следующих лапок геолого-геофизических работ в океане, направленных на решение »опросов гекшпнческою и минерагенического районирования, а также прогноза участков С АХ, перч.сыннны.х на месторождения глубоководных полиметаллических сульфидов.

Апробация работы. Основные результаты и отдельные положения диссеокиши докладывались на различных отечественных и международных научных симпозиумах:

X Всесоюзной школе по морской геологии (ГелендАик, 1992). Всероссийском семинаре "Электромагнитные исследования морей и океанов" (Москва. 1992). V и \! Межведомственных конференциях по новейшим достижениям в морской геологии (С-Петербург, 1992, 1994), Международной конференции "Тектоника шит" памяти Л.П.Зоненшайна (Аксаково, 1993). XXI Генеральной ассамблее 1UGG (Боулдер. США. 1995) и совещании "Инициатива R-Ridge" (С.-Петербург, 1995). Работ в пелич', докладывалась на заседании секции Ученого Совета ВНИИОкеашеологим н на расширенном семинаре отдела тектоники лигосферных плит и лаборатории геомагнитных исследований ИО РАН.

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 12 работах, две в настоящее время находятся в печати.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяш глав и заключения. Содержит HG страниц текста, рисунков и список .члерапры m яч- наименовании.

Работа выполнена в заочной аспирантуре Института Океанологии им. П.П. Ширшова РАН пои. руководством академика РАЕН, профессора A.M. Городиицкого и доктора геолого-минералогических наук С.П. Мащенкова (ВНИИОкеангеологпя), которым автор выражает свою глубокую благодарность.

За помощь в выполнении расчетов но оригинальной методике магнитного моделирования, разработанной в ИО РАН с участием доктора наук Г.М. Валяшко, диссертант искренне признателен кандидату геолого-минералогических наук C.B. Лукьянову.

Автор благодарит за консультации, ценные замечания и конструктивную критику докторов наук В.Э. Волка, Н.И. Гуревич., А.Л. Пискарева, кандидата наук В.Ю Глебовского. За каждодневную помощь в ходе исследования диссертант признателен своим коллегам С.А. Андрианову, Е.В. Бочаровой, Е.Д. Даниэль, A.B. Зайончеку, М.С. Корневой, C.B. Степанову. На раннем этапе работы за помощь и поддержку автор благодарит Э.А. Ваниеву. Результаты натурных наблюдении, использованные в работе, получены в ходе экспедиций, проведенных в содружестве с коллегами из ГП МАГЭ и ГП ПМГРЭ.

Глава i. Результаты изучения структуры магнитоактивного слоя.

В первой главе диссертации приводится обзор опубликованных данных о магнитных свонствал пород океанической коры, обсуждается возможная петромагнитная модель литосферы океана, г также дается описание методик магнитного моделирования использованных в данной работе.

В хо.чпеинии тектоники ¡пит природа океанических магнитных а/юмалий связываете* с существованием машнтоактивного слоя, сформированного в результате спрединга океанического дна под влиянием инверсий магнитного поля Земли. Однако, вопрос о локализации магнитных источников в океанской литосфере (в канонической модели Вайна-Мэтьюза они сосредоточены в ппллоу-лавах базальтового слоя 2А), в свете современных данных по петромагнитным свойствам пород и результатов интерпетации магнитных аномалий, носит дискуссионный характер.

По геофизическим (в основном, сейсмическим) и геологическим (материалы глубоководного бурения, драгированчя, результаты опробования с подводных обитаемых аппарагор) данным земная кора океанов включает несколько слоев различного состава: слон 1 - осадки, слой 2А - пиллоу базальты, слой 2В - дайковый хомплекс, слой 3 - габбро, ниже располагаются перидотиты верхней мантии (слой 4).

Главным носителем магнетизма в пределах океанской литосферы является титаномагнетит, поэтому степень дифференциации магматических расплавов и термические условия при формировании различных слоев ло отношению к изотерме Кюри определяют, будут ли породы, содержащие этот минерал, магнитными. При этом в ненарушенном разрезе океанической коры первично магнитными являются породы слоя 2 и верхов слоя 3, а глубинные породы третьего слоя (ЗВ) и перидотиты верхней мантии - считаются первично немагнитными /Печерский, и др., 1993/.

Пиллоу-базальты (слой 2А) определенно являются верхним магнитоактивным горизонтом океанической коры, о чем свидетельствуют высокие значения естественной остаточной намагниченности (средние значения 3-5 А/и), и фактора Кенигсбергера, известные по данными глубоководного бурения. Магнитные свойства этого слоя закономерно изменяются с их возрастом /Bleil, Petersen, 1983/. Практически во всех районах Мирового океана наблюдается глобальная закономерность: над осями центров спрединга величина естественной остаточной намагниченности (ЕОН) имеет высокие значения до 20 А/м, затем идет постепенное понижение до 1-2 А/м, а, начиная с возрастной отметки 20-30 млн.лет, значения намагниченности снова возрастают. Известно, что ЕОН базальтов слоя 2А, во многом, определяется химическим составом магматических расплавов, геодннаыичсскими обстанивками в центрах спрединга, а также несет отпечатки преобразований коры вне СОХ." Резкое падение намагниченности является результатом вгоричных изменений, связанных с низкотемпературным однофазным окислением титаномагнетита. Последующее увеличение ЕОН многие исследователи /Печерский, Тихонов, 1983; Писхарев, 1991; Назарова, 1987/ связывают с различной степенью дифференцированное! и расплава (чем больше обогащен остаток железом, тем больше кристаллизуется из него титаномагнетита).

Статистический анализ изменения амплитуд линейных магнитных аномалий (ЛМА) в зависимости от возраста океанической литосферы /Bhkely, 1983; Назарова, Городницкий, 1988; Пнскарев и др.. 1992; Ваниева, Литвинов, 1983/ показывает хорошую степень корреляции с характером изменчивости ЕОН базальтов слоя 2А, что свидетельствует об их существенном вкладе в АМП океанов.

Сейсмическим слон 2В (комплекс параллельных даек) значительно менее млшпея. чем вышележащая голща подушечных базальтов. Средняя намагниченности составляет не более 1 А/м при разбросе значений фактора Кенпгеберпра от 1.0 до 10.0 /Kinosliita с! а!.. 19S5; Pariso, lohnson, 1991/.

До недавнего времени считачсгь, что породы третьего слоя (габбро; не окапывают существенного ктияния на АМП /Назарова, 1987; Пегромагнигная..1994/. На основании результатов драгирования в районах трансформных разломов и на аналогиях с офиолитамп средние значения ЕОН пород этого слоя составляли окочо 1 А/м, а фактор Кеннгсбергера - 4. Однако наличие в образцах океанских габброидон микровкцмчешш игольчатых магнетитов позволило ряду исследователей предложить петромагнитпые модели океанической коры, где породам третьего слоя отводится значительная роль /Соболев. Трухатев. 1992; Banerjee, 1984; Harrison, 1987/.

Резутьтаты глубоководного бурения в скважине 735В в Индийском океане /1'ап\п, Johnson, 1993/, где пройден более чем 500-метросый непрерывный разрез габброидоп. ь корне изменили представление о магнитных свойствах третьего слоя океанической корь:. Минимальная оценка средней иг.тенсисносгн ЕОН по 264 образцам составила 1.6 л/м Аналогичные результаты были получены в скв. Х94 и 895 в районе хребта Кокос-Паска, где средние значения естественной остаточной намагниченности составили 2.0 А/м и 3.8 А/м соответственно. Следует отметить, что все образцы габбро в скв. 735В имеют одинаковую полярность п стабильное наклонение, хотя испытали в различной степени метаморфизм и деформации. Тектоническая обстановка в районе этой скважины является типичной дня медленно - раскрывающихся океанов. Это позволило на основе полученных данных разработать модель аккреции коры /Dick et al., 1991/. согласно которой третий слой является продуктом чристглтизаиии относительно небольших интрузивных тел. испытывающих влияние деформаций, сопровождающих спредичг вбчизи рифтог.он оси. В условиях низкоскоростного спрединга, где отсутствуют корочые магматические камеры, оперяющие рифтовую долину разломы мо:ут пересекать границу механических спопств (хрупко - пластичный переход) внутри частично - расплавленной области коры Следовательно возможно вьщашшвание магматического расплава по пластичгшым зонам вдоль поверхностей скалывания с формированием магнитных лелезистых габброидоп секущих разрез. Такой процесс, названый Г.Дикоч и соавторами /1991/ "сннтсктонпческой дифференциацией" может быть достаточно распространенным в условиях формирования океанической коры при низкой скорости спрединга, а проведенное моделирование /Kikawa. Pariso, 1991; Мащенков 1994/ показывает, что при средней мощности третьего слоя 4.5 км л наличии в нем инверсионной последовательности прямо и обратно намаЬтиченных блоков он способен продуцировать магнитный эффект, сопоставимый с типичными амплитудами океанических линейных аномалий.

Ниже слоя габбро распола! аются перидотиты верхней мантии, которые относятся к первично немагнитным породам. Однако драгированные или выбуренные в океане образны перидотитов, как правило, серпентинизированы. Серпентинизация, которая происходит при проникновении морской воды на большие глубины / Лобковский и др.. 1986/, приводит к обогащению этих пород магнетитом и значительному возрастанию ЕОН. Обобщения, выполненные на основе базы петромагнитнных данных лаборатории геомагнишых исследований ИО РАН, показывают, что ЕОН серпентинитов колеблется от 0.1 до 8.6 А/м (в среднем ЗА/м) /Петромагнитная ... 1994/. Драгированные серпентинизированные гипербазиты обнаружены в осевых зонах СОХ Индийского и Атлантического океанов /Fisher., е.а.,1975/, вдоль бортов трансформных разломов (например, Ромаиш и Вима в

s

Атлантике), в районах вблизи разломных зон без смещения и вне упомянутых выше структур /Кашинцев, 199); Петромагнитная ...,1994/.

На основании этих и других экспериментальных данных было высказано предположение, что серпентинизированные ультраосновные породы формируют второй глубинный магнигоактивный горизонт с интенсивной и стабильной намагниченностью /Назарова, Городницкий, 1988; Гордин и др., 1989/, который вносит заметный вклад в океанические линейные аномалии и, в частности, вызывает возрастание амплитуд АМП на некотором удалении от осей СОХ. Вопрос о характере распределения серпентинитов в низах земной коры еще далек от окончательного решения.

Общепринятым является предположение, что серпентинизированные перидотиты образуются только в областях повышенной проницаемости коры вблизи зон тектонических нарушений, поэтому маловероятно, чтобы они могли быть систематическим источником ЛМА, т.к. процесс серпентшшзации растянут во времени /Печерский и др. 1993/.

Объясняя находки серпентинитов в рифтовой зоне САХ, была предложена модель формирования серпентинитов в результате дискретного характера спредннта в режиме медленного разрастания, когда магматическая фаза сменяется тектонической /Дубинин, 1995/, и в отсутствии магматического очага морская вода может свободно проникать в литосферу вплоть до мантии /Зоненшайн, и др., 1989/. При этом серпентинизации подвергаются не только породы рифтовой долины САХ, но и области на пересечении с трансформными разломами, где новообразованная тонкая и хрупкая кора охлаждается в пахтомной зоне и подвергается гидратации.

Известно, что серпентинизация перидотитов верхней мантии сопровождается умеш-шением плотности и увеличением объема вещества, что может вызывать поднятие крупных блоков коры над серпентинитовыми телами, поэтому горы аномальных склонов ("поднятий внутренних углов") рифтовой долины могут являться поверхностным выражением серпентинизации мантийных перидотитов. В результате серпентиниты добавляются в океаническую хору "снизу". Вероятно океаническая кора, создаваемая в медленноспрединговых хребтах, может иметь мозаичное строение и состоять из перемежающихся участков, включающих серпентиниты и лишенных их.

Описанные априорные модели строения коры и ее магнитоакгивного слоя использованы при магнитном моделировании, выполненном в настоящей работе, поскольку геологическое истолкование магнитных аномалии только по измеренным значениям элементов магнитного поля Земли без привлечения априорной информации - задача невыполнимая в силу своей неоднозначности, т. к. любому распределению наблюденных на физической поверхности Земли аномалий можно поставить в соответствие бесчисленное множество эквивалентных распределений источников поля.

При моделировании применялись различные программы разработанные для IBM/PC. Решение прямой задачи магнитометрии и проведение модельных расчетов для инверсионного магнитоативного слоя в целях геоисторического анализа АМП выполнялось по двум программам. Быстродействующая, удобная в эксплуатации, программа MAGS-T /Беляев, и др., 1990/, использует алгоритм аппарата быстрого преобразования Фурье по методу Паркера /Parker, 1972/, получает распределение модельного поля для слоя постоянной мощности в условиях постоянной по. /сксрости спрединга l учетом реального рельефа дна и "углового фактора". Основная часть расчетов была выполнена по этой программе, кроме сложных участков, которые подбирались с помощью программного модуля SPREAD-M /Меркурьев, 1990/, реализующего интегральное решение прямой задачи

и позволяющего строить сложные модели с переменными скоростями спредннга в рамках метода сглаживания магнитного поля Тиссо-Патриа /1981/.

Решение обратной задачи магнитометрии - восстановления намагниченности но Л МП осуществлялось по методике совместного решения прямой и обратной задачи с использованием метода обобщенной линейной инверсии на базе еншулярного разложения матрицы системы /Иваненко, и др. 1992/. Преимуществом решения обратной i;ua":i и данной постановке является возможность контролировать решение и, к случае необходимости, перепараметризовывать модель, что позволяет снизить инвариант сп. решения и получить более надежный результат. Все расчеты по определению эффективной намагниченности были выполнены с использованием этого алгоритма, реализация которою осуществлена l'.M Валяшко. и C.B. Лукьяновым /Иваненко и др., 1992/.

Для гравимагннтного моделирования также использовалась программа решения обратных задач фавн- и магнитометрии GRAV3D, составленная М. Чернышевым /1945/. Эта программа предназначена для расчета гравитационных полей и решения обратной задачи гравиразведки в двумерной постановке, когда по известной геометрии определяется избыточная плотность геологических тел. Предусмотрена возможность подобных расчетов для второй производной гравитационного потенциала, что соответствует вертикальной компоненте магнитного поля при услоьии вертикальной намагниченности. Программа позволяет рассчитывать поле при задании различных значении намагниченное!и для отдельных awB коры, но оценки ¡эф в этом слуае являются более приблизительными.

Глава 2. Характеристика данных, использованных для анализа.

Канаро-Багамский геотраверс расположен в Центральной Атлантике в районе, |де формирование и эволюция океанической коры проходили в условиях медленного спредипга, и который представляет собой классический пример района низкоскорсстною раскрытия океана /Klitgord, Schouten, 1986/. Полоса геотраверса пересекает только одну дивергентную границу плит (САХ) и характеризует участок литосферы между двумя наиболее удаленными др>г от друга трансформпыми разломами Кейн и Атлантис.

В настоящей работе использованы два типа геотраверсных данных, которые включают:

1) данные комплексных геофизических исследований, выполненных по трем опорным чрансокеаническнм профилям вдоль 23°16', 25°54', 28"30' ели. (гллромагнитные и набортные гравиметрические наблюдения, промер глубин дна и сслсмич; --кое профилирование MOB);

2). данные площадных съемок геопотенциальных полей и рельефа дна на центральную часть ir» траверса, дополненные и увязанные с результатами предшествующих региональных профильных и площадных работ, на основании которых получены гриды глубин дна. аномального магнитного поля и мантийных пгомапш Буге с размером ячеек 5x5 км /Бочарова, Даниэль 1995; Мащенксв 1994/.

В работе использованг■ результаты интерпретации сейсмометрических данных MOB, выполненной Н.В. Батиной /1995/ и С.И. Шкарубо /1996/. Согласно этой интерпретации на временных сейсмических разрезах прослеживаются сейсмические границы нормальной консолидированной океанической коры, представленной тремя сейсмокомгшексами:

1) слой 2А, который по особенностям волнового поля сопоставляется с пиллсу-лавами и базальтовыми потоками в разрезах офиолитов; характеризуется интервальными скоростями 3.3 - 5.0 км/с, и мощностью от 0.2 до 1.5 км;

2) слой 2В (акустически прозрачный горизонт), интерпретируемый как комплекс параллельных даек с интерьальными скоростями от 4,5 до 6,С км/с и мощностями от 0,5 до 1,5 км;

3) третий океанический слон габбровдоЕ, который по материала.« КБГТ отличается присутствием динамически выраженных отражающих площадок и наклонных рефлекторов, имеет интервальные скорости от 6,0 до 7,6 км/с, а мощность от 2 до 5 км. Заметное сокращение этой толщи до 1.0 км происходит в гребневой зоне САХ. Иногда кровля третьего слоя отмечается непосредственно под слоем "подушечных" базальтов слоя 2А. Такие случаи наблюдаются, в основном, в пределах зон с резко расчлененным рельефом фундамента.

Поверхность Мохоровичича регистрируется в диапазоне глубин 8.0 - 15.0 км с характерными интервальными скоростями 7.8-8.5 к м/с. Мощность земной коры составляет от 2 - 3 км в рифтовой долине САХ до 7 - 8 км в глубоководных котловинах. Результаты сенсмопрофшшрованш гюказывг'от, что океаническая кора имеет блоковое строение, вертикальные ограничения блоков варьируют от поверхности фундамента (0.5-1.5 км) до поверхности Мохоровичича ('.0-3.0 км). По латерали размеры блоков колеблются от 5-10 км на участках интенсивной раздробленности коры до 40-50 км но преобладающими являются блоки протяженностью 30-40 км. При этом в районах океанских котловин встречаются участки коры до 100 км, где блоковые смещения с заметными амплитудами отсутствуют. Как правило, блоки коры разделяются участками неуверенного определения границ сейсмических слоев, что интерпретируется как зоны разрывных нарушений. Данные о блоковом строении коры использованы автором при проведении гравимагнитного моделирования.

Имеющаяся регулярная сеть сейсмических профилей отработанных по единой методике, позволила получить достаточно надежные материалы для построения схематических карт глубин залтания отражающих горизонтов и мощностей слоев земной коры для восточной части геотраверса. Карта мощности коры по данным MOB ОГТ использована в данной работе при геомагнитном моделировании для вычисления эффективной намагниченности.

Батиметрическая карта, построенная по данным промера глубин дна на геотраверсе /Бочарова, Даниэль, 1995/, показывает что участок САХ между трансформными разломами Кейн и Атлантис характеризуется сложной морфологией рельефа, с характерной блоково-трядовой структурой и сочетанием глубокой впадины рифтовой долины и локальных вулканических поднятий. Трансформные разломы Кейн и Атлантис, которые по принятым классификациям сегментации рнфтовых зон /Macdonald et al., 1989; Дубинин, 1995/ соответствуют океаническим структурным границам первого порядка, выражаются в морфологии рельефа дна линейными желобами и грядами. Трансформный разлом Кейн смещает ось рифта на 150 км.

Hi батиметрической карте геотравсрса отчетливо прослеживается система субширотных нетрансформных нарушений, соответствующих границам сегментов второго и третьего порядка, в том числе выявлены нарушения V-образной формы, расположенные к северу от разлома Кейн и южнее разлома Атлангис /Maschenkov et al., 1991/. Положение рифтовой оси, смещения и изменения ее простирашп, выделенные на среднемасштабной карте рельефа дна /Бочарова. Даниэль, 1995/, соответствуют детальным картографическим результатам многолучевого эхолотирования /Purdy et al., 1990; Sempere et al., 1993/. Материалы КБГТ позволили проследить жгрансформные нарушения далеко за пределы гребневых зон и сделать вывод о долгоживущем характере сегментации второго и третьего

порядка, которая является особенностью, присущей не только осевой зоне СОХ /Мащенков. 1У94; Бочарова, Даниэль, 1995/.

Таким образом и детальные, и среднемасштабные батиметрические данные свидетельствуют, что в условиях медленного спрединга формирование коры iimcci сложный характер. Это проявляется в сегментации рифтовых зон и участков tpe.ioil коры, изменениях простирания оси разрастания и флангов хребта, в многочисленных оптовых смешениях. Широкое развитие нетраисфсрмных нарушений показывает, что и данном районе морфология рельефа в значительной мере определяется разломкой тектоникой.

При выполнении геомашитного моделирования в работе использовались описанная выше батиметрич:' кая карта ч схема мощности земной коры, вычисленная по гравитационным мантийным аномалиям Б;те (МАБ). Картирование гравитационного поля с данной редукцией является эффективным средством выделения сегментов в "медленных" центрах спрединга и обоснования чх природы /Кио, Forsyth, 198S; Lin et al.. 1990: Morris. Detrick. 1991/. Карта МАБ по КБГТ /Мащенков. 1994/ отражает основные черты глубинного строения САХ и прилегающих областей. Генерализованная симметрии распределения положительных и отрицательных аномалии совпадает с простиранием САХ. Оси хребта соответствуют характерные интенсивные нзометрпчные МАБ "бычий гла»", которые фиксируют участки формирования утолщенной коры с интенсивной аккрецией /Мащенков, Погребицкий 1995/. Гравитационный эффект трансформиста разлома Keiiii и разрывных нарушений, соответствующих границам сегментов более высоких порядков, проявляются в виде цепочек положительных гравитационных аномалий.

По мантийным аномалиям Буге была проведена количественная оценка мощности коры с использованием трансформации пересчета поля внш с учетом перепада плотностей 0.5 г/см3 на разделе Мохо. На полученной карте мощности земной коры /Мащенков. 1994/ хорошо видно, что сегментированный облик изолинии характерный для молодой океанической коры, наблюдается также на флангах САХ и в абиссальных частях литосферных плит. Максимальные утонения корь' до 2 км обнаружены в районе трансформного разлома Кейн и вблизи межсегментных границ, являющихся нетрансформными нарушениями. Таким образом результаты интерпретации гравиметрических данных на КБГТ /Мащенков, 1994/ показывают, что океаническая кора, образованная в условиях медленною спрединга, имеет облик "лоскутною типа" и формировалась в результате развития отдельных спрединговых сегментов.

Материалы систематических гидромагнитных съемок, выполненных на геотраверсе, были существенно дополнены результатами предшествующих измерений магнитного поля, и после переобработки и взаимной увязки данных использованы при состаалении карт АМП на район КБГТ, которая позволяет детально охарактеризовать временные и пространственные особенности спрединга в полосе исследований. Преобладание в изученном районе магнитных аномалий инверсионной природы не вызывает сомнений и ярко демонстрируется сводными картами графиков и изодннам АМП. Преобладающее простирание ЛМА на большей части площади геотраверса - северо-восточное с азимутом около 25°, к югу от зоны разлома Кейн азимут их простирания уменьшается до 5", что согласуется с предшествующей интерпретацией /Klitgord, Shouten, 1986/. Сам разлом проявляется в магнитных аномалиях как граница, разделяющая области АМП, отличающиеся своими амплитудными и частотными характеристиками, при этом все линейные аномалии претерпевают смещение /Мащенков, 1994/.

После трансформации "редукция к полюсу" /Baranov, 1975/ линейность магнитных аномалий на исследованной площади усиливается, большинство из них отчетливо

коррелирустся с профатя на профиль и опознается. Редуцированные к полюсу магнитные аномалии даже в гриднрованной форме позволяют выделить практически каждую J1MA в диапазоне номеров 1-21 Ламотской последовательности.

Гл:.ва 3. Амплитудный анализ аномального магнитного поля.

Автором бьпа проведена оценка изменения интенсивности АМП в зависимости от возраста коры. С этой целью вычислялась величина размаха магнитных аномалий соответствую лтая разнице между сопряженными отрицательными и положительными экстремумами. Аналогичные оценки в различных районах Мирового океана приведены в работах Назаровой и Городницкого /1986/, Гайнанова и др. /1983/.

Для анализа временной изменчивости амплитудных характеристик необходимо получить достоверное определение возраста океанической коры. Высокая плотность геомагнитных наблюдений в полосе геотраверса позволяет детально охарактеризовать временные и пространственные особенности спрединга дтя области океанической литосферы в период от Ü до 40 млн. лет, а данные по трем широтным профилям вдоль 23°16', 25"54', и 28°30'с.ш. расширяют этот интервал до 80 млн. лет. Геохронологический анализ АМП проводился с использованием стандартной инверсионно - спрединговой модели мапштоактивного слоя, заданной в виде системы призм, намагниченных в поле переменной .юлярности, соответствующем палеомагнитной шкале /Cande, Kent, 1992». Систематическая сеть наблюдений позволила проследить и отождествить попрофильно каждую линейную магнитную аномалию по карте трафиков АМП /Glebowsky, Maschenkov, 1994/. Наиболее отчетливо в пределах площади коррелируются характерные аномалии 21, 20, 18, 13, 6, 5, За, а также ряд парных и триад.

Следует отметить, что на участках коры в районе аномалий 25-26 и 5-6 их идентификация повсеместно затруднена. Начиная с ЛМА-13, наблюдается заметное повышение интенсивности магаитного поля, а наиболее интенсивнными, кроме осевой, являются аномалии 20-21 и 30-33. С использованием методики линейной интерполяции в напраапенни спрединга /Roest, 1991/ был получен возрастной грид с размерами ячеек 5x5 км, по которому построена карта возраста океанической коры на район площадных исследований. Выдержанность средних расстояний между характерными изохронами v. чидетельствует о региональном постоянстве скорости спрединга, что согласуется с предшествующими оценками /Klitgord, Shouten, 1986/. Однако детальная интерпретация карты АМП показывает, что в рассматриваемом районе, как это отмечено в ряде публикаций /Аплонов и др., 1992; Мащенков, 1994; McGregor et al., 1977; Tucholke, Shouten, 1988/, происходили локальные изменения скорости спрединга, отражавшие короткоиериодные изменения и асимметрию темпов раскрытия.

Изучение амплитудных характеристик магнитных аномалий с определением величины размаха проводилось по аномалиям, приведенным к полюсу. Расчеты выполнялись по трем широтным трансокеаническим профилям длиной 3000 км, по сводной карте графиков АМП и по гриду магнитных аномалий. Для профилей вдоль 23°16', 25°54', 28°30' с.ш. размах аномалий определялся по традиционной методике /Городницкий, Назарова, 1988/, а для района площадных исследований, где использован грид АМП, процедура расчета размаха быта дополнена автоматизированным вариантом, который включал три этапа:

- определение положения локальных экстремумов выполнялось с использованием методики морфоструктурного анализа /Ваниева и др. 1987/, обсспечивающе:: поиск и идентификацию отличительных точек любых поверхностей;

- вычисление значении размаха в этих точках с последующим грпдированисм информации по исходной сетке;

- нормализация полученных значении размаха магнитных аномалий к налеочапппнои шкале с вычислением амплитудных характеристик (размаха) для модельного эффект канонической инверсионной модели магнитоактивного слоя.

Гистограммы распределения значений размаха вдоль осей магнитных аномалий свидетельствуют об устойчивости амплитудных характеристик магнитного поля на определенных временных интервалах. Это означает, что изменение размаха АМН может быть связано с эволюцией петромагпитных характеристик коры. Расчеты в районе КЫТ показали, что зависимость интенсивности магнитных аномалий от возраста имеет стожную форму. Вслед за минимумом на возрастной отметке 5млн. лет (80 нТл). появляются локальные максимумы, соответствующие 10, 15, 20 млн. лет (150-200 нТл), после чею наблюдается относительное понижение размаха в интервале 30 мчи. лет (100 нТл) и шачительное его увеличение до величин 250-300 нТл в диапазоне 35-50 млн. лет. которое сменяется минимумом в интервале 55-60 млн. лет (80 нТл) и последующим возрастанием амплитуды размаха после 65 млн.лет (200 нТл) - рис.1. Другая особенность возрастных графиков амплитудных характеристик - это асимметрия относительно оси сиредшпа. Несмотря на то, что количество экстремумов размаха по разные стороны от осевого инка совпадает и их амплитуда примерно одинакова, аномалии, характеризующие западную ветвь возрастной зависимости, систематически более "растянуты". Такая асимметрия, так же. как асимметрия расчетной мощности литосферы в эгом регионе /Городницкпй, 1985/, возможно, связана с различием скорости спрединга в разных направлениях от его центра.

Анализ карты размаха магнитных аномалий свидетельствует о латератьноп изменчивости даже наиболее интенентых и выдержанных осевой, пятой, шестой и тринадцатой ЛМА, т.е. участки повышенных значений магнитного поля чередуются с менее интенсивными. Сравнение особенностей распределения размаха вдоль оси САХ с положением нетрансформных нарушений, определяющих сегментацию хребта, показывас!. что наиболее интенсивные значения АМП, в основном тяготеют к границам сегментов, хотя имеются и аномалии, приуроченные к их центрам (рис. 2).

Отчетливой корреляции особенностей амплитуд АМП с рельефом границ на временных разрезах MOB вдоль сейсмических профилей не наблюдается. Это дополнительно свидетельствует о том, что основной эффект в изменениях амплитудных характеристик ыашитных аномалий связан, вероятно, не с изменениями мощности слоев коры, а с изменениями вещественного состава и структуры магнитоактивного слоя по мерс увеличения ее возраста.

Судя по имеющимся экспериментальным данным петромапштного изучения базальтов, понижение размаха JIMA в области новообразованной океанической коры, имеющей возраст от 0 до 10 млн. лет обусловлено низкотемпературным однофазным окислением первичного титаномагнетита в базальтах слоя 2А /Печерскнн и др. 1977/. Что касается природы последующих экстремумов на временных графиках амплитудных характеристик, то она, по имеющимся на сегодня данным, предсташшется дискуссионной. Обобщение петромагаитной инфомации, полученной в ходе глубоководного бурения, показало, что возрастная изменчивость магнитных свойств базальтовой толщи имеет несколько более сложный характер, чем на кривой Блейля-Петерсона /Пискарев ¡991; Bleil, Peterson, 1983/. Наряду с минимумом ЕОН в районе возрастной отметки 10 млн.лет, имеется локальный максимум для 20 млнлет, что соответствует характеру полученных кривых размаха магнитных аномалий. При этом известно, что значение ЕОН сильно зависит от общего

3 50

0 0

-5 0

400

200

£ 0

ьС

-200

й 300

0

-300

0

60 У -58 -56 -54 -52 -50 -48 -46 -44 -42 -40 -38 -36 -34 -32 -30

градусы западной долготы

б

33 30 25 20 13 6 5 5 6 13 20 25 30 33

-60 -58 -56 -54 -52 -50 -48 -46 -44 -42 -40 -38 -38 -34 -32 -30

градусы западной долготы

Рис. 1. Геофизические данные по опорному профилю вдоль 25 50' с.ш.: а - эффективная намагниченность, вычисленная с учетом мощности коры; б - кривая остаточного размаха магнитных аномалий; в - аномальное магнитное поле и номера линейных аномалий; г - сейсмический разрез с границами слоев 2 А, 2В, 3 по данным MOB. Затенением отмечены участки неуверенной корреляции границ.

26

-40 -45 -44 -42 -40

5Г,нТл

900 600 400 200 100 0 -100 -200

Рис. 2. Карта остаточного размаха магнитных аномалий: ось хребта - сплошная линия; разломные нарушения - пунктир; трансформный разлом Кейн - жирный пунктир; точки - линейные магнитные аномалии.

содержания железа в породе, и соответствующие изменения железистости базальтов и их магнитных свойств могут коррелировать между собой /Пискарев и др. 1992; /.

Другим объяснением латерального увеличения значений остагочмот размаха магнитных аномалии может быть связь источников АМГ1 с процессами серпент инизации перидотитов верхней мантии, которые активно прояазяюгся при низкоскоростном спредипге /Назарова, Городшщкий 1986. ГТетромагнитная ... 1994, Coulton, Harper, 1995/. Такая интерпретация петромагпитных данных и возрастной изменчивости амплитудных характеристик АМП приводит к модели утолщенного магнитоактивного слоя, которая может быть принята, как базовая при магнитном моделировании.

Глава 4. Геомагнитное моделирование.

Для выявления возможного вклада в магнитные аномалии источников, расположенных в пределах различных слоев коры, выполнено геомагнитное моделирование с расчетом эффективной намагниченности в слоях с топографией границ, определенной по сейсмическим данным. Моделирование осуществлялось по опорным сейсмическим профилям вдоль 23"16', 25"54' и 28"30'с.ш. При расчетах эффективной намагниченности использовалась методика совместного решения прямой и обратной задачи с использованием метода обобщенной линейной инверсии на базе сингулярного разложения матрицы системы /Иваненко. Вазящко, Лукьянов, 1993/. Эют метод позволяет существенно снизить инвариантность решения обратной задачи магнитометрии на основе количественной опенки данных, выбора уропеня регуляризации, а также перепараметризации модели. Полученные в ходе расчетов опенки эффективной намагниченности контролировались с привлечением базы данных нетромашнтных свойств пород океанской литосферы, со ¡данном в laoopaiopnn геочцшитных исследований НО РАН.

В качестве модели первого приближения при рассчетах принята классическая геометрия члпнпоакзивного слоя, где источники магнитных аномалий целиком сосредоточены в преде iax пиллоу-базатыов. Это означает, что кровля магнитоактивного слоя при расчетах I )ф. отождсствтяется с кровлей акустического фундамента, а подошва соответствует сейсмической границе, картирующей подошву слоя 2А. Результаты предварительных расчетов по профилям длиной ¡ООО км показали; что дчя такой модели не удается корректно решить задачу восстановления эффективной намагниченности, которая соответствовала бы имеющимся экспериментальным петрочапппным наблюдениям для ниллсу - базальтов. Как показал анализ результатов расчетов, это может быть связано со значительным удалением поверхности наблюдений от источников сложной геометрии, а также с явно недостаточной мощностью магнитоактивного слоя, принятой при моделировании /Магнитное ..., 1993/. Следовательно, в процессе вычислений получены решения обратной задачи, которые не отвечают критериям устойчивости и разрешимости, хотя и в этом случае можно отметить две важные особенности. С одной стороны, в полученных распределениях намагниченности сохраняется инверсионный характер, a l яругой стороны, появляются локальные аномалии, которые пространственно совпадают с утолщениями слоя 2А по сейсмическим данным. Примечательно, что эти аномалии эффективной намагниченности не коррелируют с аномалиями в наблюденном поле. В целом, результаты расчетов позволяют предположить, что сейсмическая граница, соответствующая подошве слоя 2А, не является нижней границей магнитоактивного слоя океанической коры. Экстремальные оценки амплитуд эффективной намагниченности в ряде случаев на порядок выше, чем результаты экспериментальных пегромагнитных измерений

(10-15 А/м но сравнению с 2-4 А/м). Это же относится и к осредненным величинам. Следовательно при моделировании необходимо оценивать намагниченность пород коры в пределах всей ее толщины.

Вторая серия вычислений проведена для модели с магнитными источниками, расположенными вплоть до раздела Мохо, положение которого определено по сейсмическим данным. Для такой модели получены распределения эффективной намагниченности, удовлетворяющие самым жестким требованиям устойчивости и разрешимости обратной задачи магнитометрии, при этом четко проявляется инверсионный характер источников, а также выделяются региональные аномалии 1эф, которые присутствуют и в наблюденном поле.

На следующем этапе исследований была проведена оценка эффективной намагниченности по профилям систематических площадных гидромагкитных съемок на геограверсе. Расчеты выполнялись для трех групп независимых данных:

1 - для профилей, где глубина поверхности Мохо (подошва машитоактивного слоя) известна из результатов интерпретации материалов глубинного сейсмопрофилирования MOB (эти расчеты являются опорными);

2 - для системы профилей, где глубина поверхности Мохо (подошва магнитоактивного слоя) вычислялась по результатам интерпретации гравитационных мантийных аномалий Буге;

3 - для всей площади геотраверса, при постоянной толщине магнитоактивного слоя, равной средней мощности коры (5 км), и с учетом того, что граница Мохоровичича конформна поверхности дна.

По результатам расчетов построены карты графиков эффективной намагниченности, а после градирования гго методу минимума кривизны поверхности с натяжением сплайнами /Smith, Wessel, 1990/, построены карты изолиний эффективной наманиченности (1эф). Анализ этих карт позволяет сделать следующие выводы. Наибольшие значения 1эф (более 810 А/м) приурочены к рифтовой зоне САХ и постепенно уменьшаются в обе стороны от оси хребта, вероятно, вследствие низкотемпературного однофазного окисления гитаномагнетита в пределах верхнего магнитоактивного горизонта (пиллоу-базальты слоя 2А). Обращают на себя внимание резкие колебания значений Ig<j> вдоль оси хребта. Увеличение эффективной намагниченности приурочено как к центрам сегментов, так и (в большинстве случаев) к разломам, оперяющим их границы. Это позволяет предположить, что определенный вклад в характер изменений 1эф вдоль оси хребта вносят магнитные источники, связанные с образованием серпенткнитовых протрузий, формирующихся в зоггах его пересечения разрывными нарушениями, что было зафиксировано непосредственными геологическими наблюдениями с подводных обитаемых аппаратов /Зонеггшайн и др. 1989/ (рис. 3). Другой причиной этих изменений может бьгть неоднородность состава формирующихся базальтов в зависимости от положения по отношению к цеггтрам сегментов fэпицентрам мантийного апвеллинга согласгго концепции Ж. Лина и др. /1991/).

По обе слороны от оси САХ наблюдаются зоны вторичного повышения расчетных значений намагниченности 1эф, обладающие, в среднем, билатеральной симметрией по отношению к оси рифта. Первая зона, тяготеет к магнитным аномалиям 5-5А (10-12 млн. лет) и характеризуется значениям 1эф 4-6 А/м. Вторая зона, где средние значения эффективной намагниченности примерно такие же, расположена между аномалиями 5В-5С С15-17 млн. лет). Третья зона повышенных значений 1эф приурочена к возрастному интервалу между аномалиями 7А и 13 (27-33 млнлет) и характеризуется значениями 1эф. более 6-8 А/м. Далее повышенные значения эффективной намагниченности соответствуют

28-

-40

Рис. 3. Карта эффективной намагниченности: ось хребта - сплошная линия: разломные нарушения - пунктир; трансформный разлом Keiiii - жирный пунктир; точки - линейные магнитные аномалии.

150 л 0-150-

-го -70 -60 -50 -40 -30 -20 -1С о

00 ' -3 0

30 40 50 60 70 80

.0 4С 50 60 70 ВО

/ -.А

-00 -70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 О 30

Рис. 4. Осредненные кривые латерального изменения остаточной» р.имаха магнитных аномалий (а) и эффективной намагниченности (б, в. 1). Мощность магнигоактивного слоя равна: 6-5 км: в - мощности коры по сейсмическим данным; г - мощности коры, вычисленной по мантийным аномалиям Буге.

о о

временным интервалам аномалий 18-21 (38-48 млн. лет, 1эф до 5А/м) и 30-33 (55-80 млн. лет, 1эф до 6-8 А/м). Выявленные общие закономерности изменений 1эф (повышения и понижения значений на определенных временных интерсатах) прослеживаются независимо от принятой в расчетах мощности магнитоактивного слоя. Примечательно, что результаты геомагнитного моделирования хорошо согласуются с латеральным и временным распределением амплитудных характеристик наблюденых магнитных аномалий (рис. 4).

Сопоставление полученных при моделировании результатов с сейсмическими данными свидетельствует о том, что явной связи величины 1эф с мощностью отдельных слоев океанической коры не обнаруживается. Поэтому наличие билатеральной симметрии этого интерпретационного параметра ставит вопрос о причинах повышения средней интегральной намагниченности магнитоактивных слоев коры в определенные временные интервалы спредингового процесса. Объяснение этого явления в рамках серпентинитовой модели возможно в следующих двух вариантах:

1). дополнительные магнитные источники возникают при формировании серпенгинитовых протрузий в тектонической фазе спрединга в пределах срединного хребта;

2). 'колебания эффективной намагниченности связаны с процессами фронтальной серпентинизации на флангах СОХ при гидратации шпербазитов верхней мантии океанской водой в областях повышенной проницаемости литосферы, прежде всего, в зонах трансформных разломов и других тектонических нарушений.

Одно из следствий серпентинизации - значительное увеличение ЕОН при образовании хемогеиного магнетита. Зафиксированное по комплексу геолого-геофизических данных в зоне САХ чередование эруптивной и тектонической фаз спрединга /Зоненшайн и др., 1989/, означает возможность появления серпситннитов в тектонической фазе, когда мгновенная скорость раскрытия минимальна. Следствием этого процесса, вероятно, должно быть соответствие зон повышенной намагниченности и разуплотнения коры участкам, где зафиксированы минимальные скорости спрединга или их резкие изменения.

Существует н другой вариант объяснения результатов геомагнитного моделирования, если принять в качестве второго магнитного горизонта габбро океанического слоя 3, что согласуется с моделью аккреции океанической корь; посредством эпизодических интрузий /Hensîok et al., 1993/ и концепцией синтекточической дифференциации /Dick et al., 1991/. Дополнительным фактором роста суммарной намагниченности в районах с возрастом 10, 15 и 20 млн. лет при этой интерпретации может также быть переход от пониженных к повышенным скоростям раскрытия, приводящий к повышению содержания железа в составе базальтов в сочетании с формированием феррогабброидов в ходе процесса синтектонической дифференциации /Dick et. al., 1991/. Резкие изменения скорости спрединга при наличии "холодной" литосферы /Neumann, Forsyth, 1993'. вероятно, будут благоприятным фактором для развития этого процесса. Именно такой стиль аккреции коры реачизовывался на рассматриваемом участке, по крайней мере, в течение последних 40 млн. лет /Мащенков, 1994/. Третий слой при этом приобретает дополнительную интенсивность ЕОН одновременно с колебаниями его плотности, зависящими от скорости спрединга /Мащенков, 1987/.

Предлагаемые варианты объяснения возрастных особенностей интегральной эффективной намагниченности могут рассматриваться не только, как альтернативные, но и как взаимодополняющие. Для оценки достоверности различных моделей, объясняющих причины изменения 1эф с возрастом, может быть привлечена детальная интерпретация гравитационных аномалий и данные об изменениях скорости раскрытия.

Глава S. Плотностное моделирование и строение коры в районе КБ1Т.

Плотностное моделирование по опорным геофизическим профилям было проведено по методике вычисления мантийных аномалий Буге в двумерном варианте. Для опенки гравитационного влияния самой значительной плотностной границы (вода-дно) использована величина перепала плотности 1.67 г/см3. По данным MOB ОГТ осадочный чехсл в районе исследований практически отсутствует, а породы, слагающие океаническое дно, представлены гошлоу-базальтами слоя 2А. Осадки встречаются лишь в карманах впадин на западных и восточных окончаниях профилей, начиная с участков, где выделены магнитные аномалии 23-25, да и гам они имеют незначительную мощность. Поэтому в расчетах влияние осадочного слоя не учитывалось. Оценка гравитационного влияния плотное гной границы земная кора-верхняя мантия выполнена с учетом перепада плотности на этой границе 0.5 г/см1. Конфигурация границы Мохоровичича определялась по сейсмическим манным. Учет гравитационного эффекта термического разуплотнения хребта проведен по упрошенной методике путем фильтрации длинноволновой компоненты поля. Этот метод оправдан в районе САХ, где термальное разуплотнение хребта имеет простую симметричную структуру /Кио, Forsyth, 1988; Neumann, Forsyth, 1993/.

Характер распределения остаточных гравитационных аномалии (AgMAB) отражает такие особенности поли силы тяжести, как резкий минимум, соответствующий положению оси С.АХ. и обрамляющие его максимумы, приуроченные к гребневым поднятиям хребта. Далее следуют характерные н симметричные изгибы аномалии, отчетливо выраженные на профилях вдоль 25°54' и 28"30' с.ш. Гравитационное поле па профиле вдоль 23"16'с.ш. серьезно осложнено влиянием разломов, а в районе 42°-44° з.д. этот профиль пересекает зону трансформного разлома Кейн, поэтому симметричность остаточной гравитационной аномалии здесь проявляется в меньшей степени. Лучше всего симметрия аномалий ÎAgM,\r.) прослеживается по профилю вдоль 25°54'с.ш. Характерные максимумы в районе линейных магнитных аномалий 7-8, 18-20 и 25 чередуются с минимумами, совпадающими с аномалиями 13, 21, 30-32. Для профиля вдоль 28°30' с.ш. характерные симметричные минимумы приурочены к магнитным аномалиям 6В. 16-17, 21, 25, 32. Следует отмеггпь, что таким минимумам, как правило, соответствуют зоны тектонических нарушений, которое прослеживаются в рельефе дна и проявляются на сейсмическом разрезе к виде резкого возднмания границы Мохоровичича и слоев 2В и 3.

По остаточным гравитационным аномалиям (Agnus). которые содержат информацию об особенностях распределения плогностных неоднородностей в земной коре и в верхней мантии, аномальных по отношению к принятой модели, вычислены значения эффективной интс-гратьной плотности коры для опорных геофизических профилей вдоль 23" 16'. 25°54'. и 28°30'с.ш. Кривые р,ф в значительной мере повторяют описанные выше характерные особенности остаточных гравитационных анаомалий (AgMAb)- Сравнительный ананп латерального изменения величин интегральной плотности и эффективной намагниченности коры вдоль профилей проводился для осредненных графиков 1эф и рэц> В первом приближении, для некоторых изученных участков коры наблюдается положительная корреляция между увеличением интегральной намагниченности и понижением интегральной плотности коры, что может быть объенено процессами серпентшгизапии. Особенно отчетливо это проявляется на флангах хребта. По профилю вдоль 28"30'с.ш. такие участки располагаются симметрично гго отношению к хребту в районе от аномалии 5 до аномалии 20. По профилю вдоль 25°54'с.ш. участки пониженной плотности коры

расположены несимметрично: на западном фланге от аномалии 5 до аномалии 7, а на восточном от ЛМА-13 до ЛМА-18 и от ЛМА-21 до ЛМА-31. Весь восточный фланг профиля вдоль 23°16'с.ш., осложненный влиянием трансформного разлома Кейн, характеризуется положительной корреляцией между увеличением 1эф и понижением интегральной плотности коры, а на западном фланге этого профиля аналогичная область располагается между аномалиями 5 и 6.

Следует отметить, что форма осредненных графиков эффективной намагниченности и интегральной плотности, на первый взгляд, повторяет рельеф границы Мохоровичича. Обратная корреляция между 1эф и Рэф может быть связана с неправильно подобранными параметрами модели, поскольку в расчете этих интерпретационных величин используется один и тот же параметр - мощность океанической коры. Для проверки этого предположения проведен сравнительный анализ (латерального изменения аномального магнитного поля с гравитационными аномалиями Буче, который показал, что выделенная закономерность не связана с погрешностью вычислений.

Таким образом, для большинства участков коры отчетливо наблюдается положительная корреляция между латеральным увеличением эффективной намагниченности и уменьшением ее интегральной плотности. Характерно, что для ненарушенных участков коры области такси корреляции имеют билатеральную симметрию относительно оси спрединга. Детальные геолого-геофизические исследования САХ между 24° и 26° с.ш., проведенные И О РАН /Зонепшайн и др. 1989; Лисицын и др., 1990/ дают возможность предположить, что источником аномалий плотности и намагниченности могут быть серпентинитовые протрузии, формирующиеся непосредственно в зоне рифта при дискретном характере низкоскоростного спрединга /Петромашитная ..., 1994/.

С целью получения дополнительной информации о возможной природе этих аномалий и особенностях их взаимосвязи с тектоническими процессами автором была проведена оценка изменений мгновенной скорости спрединга по результатам идентификации линейных магнитных аномалий. Следует оговориться, что, в целом, задача оценки мгновенных скоростей спрединга в пределах КБГТ, где нтенсивно развита разрывная тектоника, представляется довольно сложной, если не неразрешимой. Достоверное определение Успр возможно только на основе интерпретации данных, полученных по детальной сети геомагнитных профилей, к тому же обязательно ориентированных вкрест простирания оси срединного хребта, что позволило бы проанализировать параметры разрастания индивидуально в каждой ячейке спрединга. Вместе с тем, использованные в работе данные, которые не всегда удовлетворил этим требованиям, представляются вполне достаточными для предварительных оценок. Более чем в 50% случаев дня ненарушенных участков коры уменьшение скорости спрединга коррелирует с увеличением расчетной эффективной намагниченности и уменьшением средней интегральной плотности коры. Такая же закономерность иногда отмечается и для зон разломов. В целом обнаруживается билатеральная симметрия аномалий намагниченности и плотности по отношению к оси спрединга.

Заключение.

Результаты выполненных исследований сводятся к следующему: 1. Построены графики изменения интенсивности магнитных аномалий (размаха) с возрастом и карта ее латерального распределения. Рассчитанные величины размаха магнитных аномалий характеризуют океаническую кору, сформированную в период от 0 до

80 млн. лет. Установлены характерные изменения интенсивности АМП с возрастом океанической коры, что проявляется в существовании билатеральной спммсфнн характерных аномалий размаха по отношению к оси хребта на возрастных интернатах 2025, 35-55 и 70-80 млн. лет.

2. Для выявления возможного вклада в магнитные аномалии источнико',1. расположенных в пределах различных слоев коры, выполнено магнитное моделирование с использованием метода обобщенной инверсии с перепараметризацией модели и расчетом эффективной намагниченности. Полученные результаты свидетельствуют, что источники океанских магнитных аномалии располагаются не только в пределах слоя 2А, как предусмтривалось канонической моделью Вайна - Мэтыоза, но и е глубинных слоях океанической коры. Суммарная мощность магнитоактивного слоя в первом приближении соответствует мощности океанической коры.

3. Построена серия геомагнитных разрезов с расчетом латерального изменения эффективной нама! ниченности для района КБГТ а также серия карт для различных групп моделей, анализ которых показывает, что распределение намагниченности в коре, сформированной при низких скоростях разрастания, носит мозаичный характер. Резкие колебания значении эффективной намагниченности, приуроченные к оси САХ, мо1уг быть связаны с серпентинитовыми протрузиями, выявленными в зонах пересечения хребта и трансформных разломов. Другая причина неравномерного распределения магнитных свойств пород коры вдоль рифта связана с изменениями состава базальтов, образованных в различных геодинамических режимах центра спрединга.

4. Построены распределения средний эффективной плотности коры по трансокеаническим профилям. Подтверждена ранее обнаруженная симметрия гравитационных аномалий в Центральной Атлантике /Мащенков, 1987/.

5. Проведена комплексная интерпретация плотностных и магнитных свойств коры в сопоставлении с характеристиками режима спрединга. Установлено, что интенсивность магнитных и гравитационных аномалий в зоне САХ определяется скоростью спрединга и зависит от фазы формирования коры (эруптивной или тектонической). При этом уменьшение скорости спрединга сопровождаете«, как правило, увеличением средней эффективной намагниченности коры и уменьшением ее эффективной плотности.

Полученные данные могут быть использованы для разработки новой петромагчитноп модели океанической коры, сформированной в условиях медленного спрединга. 1|рц палеогеодинамическом изучении медленноспрединговых хребтов представляется важным учитывать выяатенные связи зон обратной корреляции эффективной намагниченности !,о;ы и ее интегральной плотности с понижениями скорости спрединга и процессам!' серпентинизации.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Изостатическая модель строения земной коры Атлантического океана и \чс искажающих факторов. // Региональный комплекс морских геофизических нее 1е.:.>г.аппн Л., изд. ПГО "Севморгеология", 1983 (Соавторы Литвинов Э.М., Мащенков С.П.).

2. Оценка мощности земной коры Атлантического океана по изучению ее изостатического состояния. // Алгоритмы, методика и результаты интерпретации геофизических данных., Киев, Наукова Думка, 1985. (Соазтор Мащенков С.П.)

3. Глубинное строение и геодинамика литосферы Атлантического и Тихого океанов // (Коллективная монография) М., Наука, 1992, 112 с. (Соавторы Литвинов Э.М., Андреев С.И. и др.).

4. Согласованная база данных по аномальному магнитному полю Канаро-Багамского теотраверса, ее использовании при картографии и интерпретации.// Геолого-геофизические исследования на геотраверсах Мирового океана. "Севморгео"-С.-Петербург, 1992, с.37-51 (Соавторы Глебовский В.10., Мащенков СЛ. и др.).

5. Систематический кросспсктральный анализ гравитационного поля и рельефа дна гребневой зоны Срединно-Атлаитического хребта в полосе Канаро-Багамского геотраверса // Геолого-гсофнзическис исследования на геотраверсах Мирового океана, С-Петербург, Севморгеология, 1992. с. 56-66. (Соавторы Беляев И.В., Костецкий Н.М., Мащенков СЛ.)

6. Возрастная изменчивость намагниченности и плотности океанических базальтов: нетрофнзнческне и геофизические свидетельства.// Геология морей и океанов. Тез. докл. 10 международной школы по морской геологии, Т.2, 1992, с.100. (Соавторы Мащенков СЛ., Пискарев А.Л.).

7. Magnetic anomalies nature and earth crust composition al the Canary-Bagamas ueotransect (North Central Atlantic).// L.P. Zonenshain memorial conference of plate tectonics. Programme and Abstracts. IORAN-GEOMAR, Kiel, Germany, 1993, p.34 (Co-auihors Gorodnitsky A.M.. Lukyanov S.V., Maschenkov S.P.).

S.Compilation of Russian systematical Marine Magnetic Data under umbrella of Canary Bahamas Gcotransct - Project.//' IAGA Bulletin, N 55, Part C., 1993, p.422, (Co-autors Glebovsky V.Yu.. S.P. Maschenkov ct al.).

9. Строение магнитоактивного слоя в пределах полосы Канаро-Багамского гсотраверса по результатам магнитного моделирования. // Проблемы развития морских геотехнологин, информатики и геоэкологии. Тез. докл. 4 межведомственной конф. по новейшим достижениям в морской геологии. С.-Петербург, ВНИИОкеангеология. 1994, с44 (Соавторы Валяшко Г.М., Городницкнй A.M., Лукьянов С.В., Мащенков СЛ.).

10 Латеральные изменения эффективной намагниченности океанической коры в полосе Канаро-Багамского геотравсрса по данным магнитного моделирования. // Литосфера океанов: состав, строение, развитие, прогноз и оценка минеральных ресурсов. ВНИИОкеангеология, С-Петербург, 1995, с.65-73 (Соавторы Городницкий A.M., Лукьянов С.В., Мащенков С.П.)

1!. Методика расчета амплитудных характеристик аномального магнитного поля. //' Литосфера океанов: состав, строение, развитие, прогноз и оценка минеральных ресурсов. ВНИИОкеангеология, С-Петербург. 1995, с.74-79 (Соавтор Мащенков С.П.)

12. Using of adaptive reparametrization method for mapping of effective magnetization between the Kane and Atlantic Fracture Zones, North Central Atlantic. // IUGG XXI General Assembly Abstracts, Boulder, Colorado, USA, 1995 (Co-authors Gorodnitsky A.M., Lukyanov S.V., Maschenkov S.P)

13. Пространственно-временной анализ амплитуд магнитных аномалий по данным систематических пщромагнитных съемок между разломами Кейн и Атлантис, Центральная Атлантика. // Известия РАН, Физика земли (в печати), (Соавторы Городницкий A.M., Мащенков С.П.)

14. Природа магнитных аномалий океаггов. // (Коллективная монография), в печати, (Соавторы Городницкий A.M., Лукьянов С.В., Мащенков С.П.)