Период работ: 11 июля — 24 августа 2024 г.
Начальник экспедиции: Сколотнев Сергей Геннадьевич
Капитан судна: А. А. Ардашкин
Район работ: Северо-западная часть трога Кинг и плато Гницевича в восточной фланговой части Срединно-Атлантического хребта (Северная Атлантика).
Научный состав: 14 человек
Темы и проекты исследований:
- Госзадание FMMG-2022-0003 «Мезомасштабные структуры океанического дна: строение, состав, происхождение, рудообразование» (рук. д.г.-м.н. А.А. Пейве, ГИН РАН);
- Госзадание № FMMG-2023-0005 «Влияние глубинного строения мантии на тектонику, морфологию структур дна и опасные геологические процессы в глубоководных и шельфовых акваториях Мирового океана» (рук. д.г.-м.н. С.Ю. Соколов, ГИН РАН);
- Госзадание № FMWE-2024-0019 «Геоморфология морского дна, геофизические и биогеохимические характеристики литосферы океанов и морей: геоморфологические особенности рельефа дна Арктического бассейна; геолого-геофизические и биогеохимические исследования осадочной толщи и литосферы Арктического шельфа, переходной зоны от Тихого океана к Евразии, отдельных районов Атлантики и Индийского океана, морей России» (рук. д.г.н. С.Л. Никифоров, ИО РАН);
- Госзадание № FMMG-2023-0008 «Влияние глобальных биосферных событий и региональных геологических факторов на седиментогенез, постседиментационные преобразования и формирование полезных ископаемых в палеогеографически различных осадочных бассейнах» (рук. к.г.-м.н. Е.В. Щепетова, ГИН РАН);
- Проект РНФ № 24-17-00097 «Атлантико-Арктическая рифтовая система: сегментация, эволюция, структурообразование и современная геодинамика» (рук. д.г.-м.н. С.Ю. Соколов, ГИН РАН).
Основные задачи экспедиции:
1. Собрать донно-каменный материал, характеризующий состав океанической литосферы, чтобы по результатам его последующей обработки выяснить закономерности его пространственных вариаций в районе трога Кинг и сопутствующих ему структур, условия плавления различных геохимических типов базальтов, масштабы, характер и природу мантийной гетерогенности на восточном фланге САХ в Северной Атлантике и роль процессов спредингового и плюмового плавления мантии в процессах аккреции коры в этом районе.
2. Собрать необходимое количество вулканических пород из разных участков полигона детальных работ, чтобы при соответствующей их обработке определить возраст вулканизма и установить имеются ли его закономерные пространственные изменения.
3. Собрать необходимое количество интрузивных магматических пород для установления механизмов формирования 3-го слоя океанической коры в районе трога Кинг и сопутствующих ему структур и оценки процессов дифференциации магматических расплавов в этом районе.
4. Собрать необходимое количество пород ультраосновного состава для последующего изучения вариаций их минерального состава и геохимии с целью выхода на процессы, происходящие в литосфере изучаемого района, в том числе при взаимодействии перидотит/расплав.
Эти 4 задачи соответствуют следующим планируемым результатам:
- темы Госзадания № FMMG-2022-0003: изучить особенности формирования океанической коры, условия плавления базальтовых расплавов и характер гетерогенности мантии в пределах внутриплитных мезоструктур на океаническом дне;
5. Изучить мощность и строение осадочного заполнения трогов Кинг, Пик. Фрин и других для выяснения механизмов их погружения и неотектонических процессов, преобразовавших структуру осадочного чехла.
- В соответствии Приказом ИО РАН № 87-э от 27.06.2024 г эта задача была исключена из-за недоставки на судно штатного сейсмического оборудования в виде электроискрового источника SWS-25000 производства фирмы ООО "Геодевайс" (Россия), накопителя энергии MultiJack-25000HP12.0, одноканальной буксируемой гидрофонной косы морского исполнения, 24-х канальной сейсмостанции для сбора данных с ПО RadExPro.
6. Осуществить батиметрическую съемку сплошного покрытия полигона Северный Кинг, по результатам которой построить батиметрическую карту среднего масштаба (1 : 100 000), на базе которой охарактеризовать рельеф дна и провести морфоструктурное районирование изученной площади с выходом на природу и последовательность внутриплитных геоморфологических, тектонических и вулканических процессов, действовавших в ходе образования и последующей эволюции трога Кинг и сопутствующих структур.
Эта задача соответствует следующим планируемым результатам:
- темы Госзадания № FMMG-2022-0003: изучить особенности формирования внутриплитных мезоструктур на океаническом дне;
- темы Госзадания № FMMG-2023-0005: проанализировать проявления дегазации в сочетании с геофизическими полями, имеющими геодинамическую интерпретацию;
- темы Госзадания № FMWE-2024-0019: выявить геоморфологические особенности рельефа дна отдельных районов Атлантики и Индийского океана;
7. Осуществить гидромагнитную съемку полигона Северный Кинг, по результатам которой построить карту аномального магнитного поля, на базе которой описать аномальное магнитное поле, идентифицировать линейные магнитные аномалии, создать геолого-геофизические модели источников магнитных аномалий.
Эта задача соответствует следующим планируемым результатам:
- темы Госзадания № FMMG-2022-0003: изучить время и механизмы формирования внутриплитных мезоструктур на океаническом дне;
- темы Госзадания № FMWE-2024-0019: провести геолого-геофизические исследования дна отдельных районов Атлантики и Индийского океана и выявить глубинные источники магнитных аномалий в океанической литосфере.
8. Собрать материал о пространственном положении зон дегазации в трогах трансформных разломов на восточном фланге САХ в Северной Атлантике, связать их с глубинным реологическим состоянием и системами макротрещиноватости; изучить флюидонасыщенность осадочного чехла и опасные явления, связанные с миграцией газов.
Эта задача соответствует следующему планируемому результату:
- темы Госзадания № FMMG-2023-0005: проанализировать проявления дегазации в сочетании с геофизическими полями, имеющими геодинамическую интерпретацию, определить пространственное положения зон дегазации, изучить флюидонасыщенность осадочного чехла и опасные явления, связанные с миграцией газов.
9. Исследовать акустическую структуру средне-позднечетвертичных отложений в пересекаемых желобах трансформных долин и трогах Кинг, Пик и Фрин.
Эта задача соответствует следующему планируемому результату:
- темы Госзадания № FMMG-2023-0008: выделить основные сейсмофациальный типы отложений и на этой базе охарактеризовать условия седиментации в аномальных структурах океанического дна.
10. Определить структурные стили фундамента в различных обстановках по периферии САХ для исследования их эволюции во времени от момента заложения рифтовых сегментов до практически унифицированного вида в области оси САХ. Сопоставление структурных стилей с интегральными геофизическими характеристиками литосферы – аномалиями Буге, мощностью коры, структурой по данным сейсмотомографии.
Эта задача соответствует следующему планируемому результату:
- темы Госзадания № FMMG-2023-0005: проанализировать проявления дегазации в сочетании с геофизическими полями, имеющими геодинамическую интерпретацию, определить пространственное положения зон дегазации, изучить флюидонасыщенность осадочного чехла и опасные явления, связанные с миграцией газов.
11. Выделение индикаторов неотектоники и дегазации на границах разновозрастных сегментов САХ при больших смещениях его оси и на внутриплитном океаническом пространстве.
Эта задача соответствует следующим планируемым результатам:
- темы Госзадания № FMMG-2022-0003: изучить неотектонические процессы, происходящие в пределах внутриплитных мезоструктур на океаническом дне; произвести пространственную корреляцию глубинных характеристик с поверхностными и установить причинно-следственную цепочку от геодинамического состояния коры и верхней мантии до поверхностных явлений;
- темы Госзадания № FMMG-2023-0005: проанализировать проявления дегазации в сочетании с геофизическими полями, имеющими геодинамическую интерпретацию, определить пространственное положения зон дегазации, изучить флюидонасыщенность осадочного чехла и опасные явления, связанные с миграцией газов.
Предварительные научные результаты
1. По результатам батиметрического картирования в пределах северо-западной части мезоструктурного кластера Кинг выделено пять морфоструктурных провинций, каждая из которых имеет свои морфологические особенности: трога Кинг с фланговыми морфоструктурами, в ней выделена подпровинция области северо-западного продвижения трога Кинг; фланговых структур САХ; плато Гницевича и вулканической области к югу от трога Кинг (условное название провинция Трех Капитанов).
2. В провинции трога Кинг долина трога подразделяется на несколько отдельных сменяющих друг друга котловин: Средний Кинг 1, Средний Кинг 2, Верхний Кинг, Венец Кинга, которые, возможно, отражают различные этапы продвижения трога в северо-западном направлении. Медианными хребтами указанные долины трога подразделяются на две парные, субпараллельные друг другу котловины, например, Средний Кинг 2 и Малый Кинг, что указывает на то, что при образовании трога Кинг проседание океанического дна концентрировалось вдоль двух субпараллельных осей северо-западного простирания, которые разделялись узкими зонами, не испытавшими опускание, или опустившимися на незначительную величину.
3. Главные геоморфологические уровни в пределах этой провинции: вершина свода и вершина плоскогорья, надстраивающего свод. На поверхности плоскогорья сформировались отдельные вулканические горы, удлиненные субпараллельно простиранию трога.
4. Фланговые зоны трога Кинг комплементарны: на противоположных бортах располагаются схожие по морфологии структуры, имеющие схожие геоморфологические уровни, что подчёркивает их образование в качестве единой структуры, впоследствии разделённые долиной трога. В то же время, амплитуда высот флангов и ширина сводового поднятия постепенно уменьшаются к северо-западу, что указывает на возможное уменьшение тектоно-магматической активности в этом направлении.
5. Северо-западная оконечность трога Кинг (подпровинция продвижения) представлена треугольным в плане сводовым поднятием, надстроенным крупной вулканической постройкой. что может свидетельствовать о возможном продвижении трога в северо-западном направлении.
6. Трог Кинг и его фланговые структуры окружены типичным для флангов САХ грядово-ложбинным рельефом. В отличие от таковых в юго-восточном окружении трога Кинг в его северо-западной части увеличиваются плановые размеры и высота возвышенностей основания грядового рельефа, тогда как сами гряды, напротив, становятся более мелкими и частыми.
7. Плато Гницевича и горы Трёх Капитанов располагаются обособленно и южнее фланговых структур трога Кинг. В ряде случаев они имеют по два геоморфологических уровня, что позволяет утверждать о наличии как минимум двух стадий формирования нескольких из этих подводных гор. Среди изученных четыре горы имеют уплощённые вершины, являясь гайотами, что позволяет предполагать, что они поднимались до поверхности океана. После погружения имело место возобновление вулканической деятельности, приведшей к образованию мелких конусов, сформировавшихся на уплощенной поверхности гайотов.
Отличие вулканических сооружений плато Гницевича в том, что они либо изометричны, либо несколько удлинены в направлении поперечном трогу Кинг, тогда как все горы провинции Трех Капитанов удлинены субпараллельно трогу Кинг.
8. По итогам сейсмоакустического профилирования установлено, что осадочный чехол района исследований сформирован на океаническом фундаменте, подверженном неотектоническим движениям и деформациям. Сейсмичность и геофизические поля указывают на современную активизацию района и наличие крупных плотностных неоднородностей в коре и верхней мантии, связанных с наложенным магматизмом, около которых сфокусированы зоны разрядки тектонических напряжений. Неоднородный и подвижный фундамент является субстратом, на котором накапливается слабоконсолидированный осадочный чехол, формируемый фоновым осаждением материала с низкой скоростью и материалом, приносимым донными течениями.
9. Проведено сопоставление акустически стратифицированных разрезов рейса с геологической и хронологической привязкой данных к керну скважины DSDP 608 методом максимального сходства с ближайшим стратифицированным разрезом. Оно приводит к выводам о различиях скоростей осадконакопления в пределах полигона работ, а также позволит выполнить датировки наблюдаемых на сейсмоакустических разрезах дизъюнктивных нарушений по возрастам смещаемых ими рефлекторов и сделать выводы о возрастах неотектонической активности структурного и осадочного комплексов трога Кинг.
10. Установлены признаки дрифтовых отложений: во впадине Фрин и к северу вдоль трога на более мелкой гипсометрической отметке. Быстрое накопление материала на склонах создает условия для схода оползней и формирования отложений обломочных потоков. В центральной части трога Кинг наблюдается чередование акустически стратифицированных толщ и обломочных потоков.
11. Однородное волновое поле верхней части осадочного разреза очень хорошо выдержано на большой площади в северо-западной части полигона. Оно представлено одинаковыми по мощности (~7-10 м) 3-мя сейсмическими комплексами, облекающими спрединговый фундамент, разорванный и смещенный вертикальными дислокациями.
12. В области гор Гницевича обнаружены признаки звукорассеивающих объектов (ЗРО) в водной толще с вертикальными амплитудами над вершинами не менее 200 м. Это может указывать на современную гидротермальную активность в данной структуре.
13. По результатам гидромагнитной съемки уточнено положение, обнаруженных в пределах полигона номерных магнитных аномалий C5An.2n (12.2 млн лет), C5ACn (y) (13.7 млн лет), C5ADn (14.2 млн лет), C5Cn.1n (y) (16 млн лет), C6n (18.75 млн лет), C13n (33.2 млн лет).
14. У аномалий, более древних чем С6п, порождающий их магнитоактивный слой разрушается под трогом Кинг; более молодые аномалии, включая С6п, пересекая зону, продолжающую трог Кинг, не разрушаются, не смещаются и не изменяют своего простирания. Таким образом, трог Кинг сформировался между 18,75 млн лет и 33.2 млн лет, ближе к первому значению.
15. Под трогом Кинг сформировалась полоса положительных значений поля параллельная ему. Скорее всего, это результат серпентинизации литорсферной мантии под трогом Кинг, оказавшейся при образовании трога вблизи океанического дна.
16. Над вулканическими горами наблюдаются интенсивные положительные изометричные аномалии. Очевидно, что вулканы образовались в течение одной из положительных магнитных эпох.
17. В ходе рейса опробованы следующие структуры: вулканические постройки Азоро-Бискайского поднятия, борта трога Кинг, плоскогорье и вулканические постройки, сформировавшиеся на флангах трога Кинг, медианные хребты, вулканы плато Гницевича.
18. В вулканическом разрезе подводных гор Азоро-Бискайского поднятия участвуют пористые базальты, которые представлены только в измененном виде, а также, возможно, сажисто-черные базальты и более кислые пемзовидные вулканиты. Склоны подводных вулканов покрыты известняками. Они отличаются степенью литификации, очевидно, менее литифицированные разности — из более высоких горизонтов осадочного разреза. Вулканические образования разрушались в мелководных условиях, формируя брекчии с фосфатным цементом, а также и позже, попадая в пелагические илы. Разрушались и ранние известняки, будучи выведенными на поверхность дна океана в ходе поствулканических тектонических процессов.
19. В борту трога Кинг обнажается спрединговая ассоциация пород: непористые базальты с зеленоватым оттенком, долериты, габброиды, тектониты по этим породам. Они образуют свод трога Кинг, предшествующий его образованию. Вторая ассоциация представлена измененными поровыми базальтами, слагающими вулканическое плоскогорье. Третья ассоциация — продукты разрушения вулканитов: брекчии, дресвяники, песчаники, аргиллиты. Наблюдающаяся хорошая сортировка обломочных зерен в некоторых породах свидетельствует об их происхождении в наземных условиях в зоне волнового процесса. Это разрушение было многоэтапное, вплоть до новейшего времени. Четвертая ассоциация — известняки, среди них наиболее литифицированные и необычные с примесью измененного пеплового и туфового материала, что указывает на более поздний вулканизм, который, очевидно, был связан с таковым, приведшим к образованию конусовидных вулканов.
Эти же ассоциации пород подняты со склонов медианных хребтов, при этом обнаружено очень высокое положение габброидов и тектонитов. Очевидно, что на таком высотном уровне они оказались в результате тектонических движений со значительной вертикальной составляющей, приведших к образованию свода.
20. Непосредственно вулканические конусовидные постройки опробованы только на горе Антиальтаир. Продукты наиболее позднего вулканизма представлены афировыми непористыми базальтами и карбонатитами (?), карровая поверхность которых указывает на то, что они формировались в наземных условиях. Также возможно к этой ассоциации относятся порфировые базальты с вкрапленниками роговой обманки, клинопироксена и оливина, встреченные на других структурах.
21. В нижней части горы Гницевича залегают базальты в общем близкие к таковым, слагающим вулканическое плоскогорье флангов трога Кинг. Более поздние и верхние базальты выделяются своей трахитоидностью. Венчается разрез карбонатной банкой, отдельные фации которой представлены органогенно-обломочными известняками.
22. Обобщая комплекс полученных геолого-геофизических данных, можно подытожить, что трог Кинг в процессе своего формирования прошел через несколько этапов: 1) формирование сводового поднятия; 2) образование вулканического плоскогорья на сводовом поднятии; 3) раскол горных преимущественно вулканических сооружений и растяжение с формированием долины трога; 4) реактивизация вулканической активности с образованием вулканических конусовидных построек.
Список организаций, участвующих в экспедиции:
1. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Геологический институт Российской академии наук.
2. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук.