Применение плотностного моделирования для решения вопроса о природе пролива Брансфилд

З метою вивчення глибинної будови північно-західної окраїни Антарктичного півострова, враховуючи існування двох суперечливих уявлень щодо причин виникнення рифтогенезу в протоці Брансфілд, на основі сейсмічних даних проведено багатоваріантне двовимірне густинне моделювання вздовж профіля, що охоплює...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Published in:	Геофизический журнал
Date:	2011
Main Authors:	Козленко, Ю.В., Козленко, М.В.
Format:	Article
Language:	Russian
Published:	Інститут геофізики ім. С.I. Субботіна НАН України 2011
Subjects:	Научные сообщения
Online Access:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/97102
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:	Применение плотностного моделирования для решения вопроса о природе пролива Брансфилд / Ю.В. Козленко, М.В. Козленко // Геофизический журнал. — 2011. — Т. 33, № 4. — С. 142-152. — Бібліогр.: 48 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

_version_	1859948771797893120
author	Козленко, Ю.В. Козленко, М.В.
author_facet	Козленко, Ю.В. Козленко, М.В.
citation_txt	Применение плотностного моделирования для решения вопроса о природе пролива Брансфилд / Ю.В. Козленко, М.В. Козленко // Геофизический журнал. — 2011. — Т. 33, № 4. — С. 142-152. — Бібліогр.: 48 назв. — рос.
collection	DSpace DC
container_title	Геофизический журнал
description	З метою вивчення глибинної будови північно-західної окраїни Антарктичного півострова, враховуючи існування двох суперечливих уявлень щодо причин виникнення рифтогенезу в протоці Брансфілд, на основі сейсмічних даних проведено багатоваріантне двовимірне густинне моделювання вздовж профіля, що охоплює структури від океанічного блока протоки Дрейка до континенту. Результати не підтвердили спрединго-субдукційну природу Західної Антарктики. Таким чином, материкова окраїна Антарктичного півострова швидше за все належить до пасивного типу і протока Брансфілд не є задуговим басейном. Показано, що типово океанічна кора протоки Дрейка змінюється двошаровою субконтинентальною корою Південношетландських островів. У протоці Брансфілд підтверджено вкорінення мантійної речовини в нижню і середню частини фундаменту, що разом з просіданням дна є типовим для рифтових структур. Припущено існування ще одного центру рифтингу в прибережній частині платформи Брансфілд. Розрахована глибина залягання поверхні мантії в межах Антарктичного півострова засвідчує про його континентальну будову. In order to study deep structure of north-western borderland of the Antarctic Peninsula, taking into account two existing contradictory notions as to the reasons of appearance of rifto-genesis in the Bransfield Strait, according to seismic data, multi-variant two-dimensional density simulation has been conducted along the profile involving the structures from the oceanic block of the Drake Strait up to the continent. The results did not confirm the spreading-subduction nature of the West Antarctica. Therefore, the continental margin of the Antarctic Peninsula belongs the most probably to the passive type, and the Bransfield Strait is not a back from arch basin. It has been shown that typically oceanic crust of the Drake Strait is interchanged by two-layered sub-continental crust of the South Shetland islands. In the Bransfield Strait the rootage of the mantle matter into lower and medium part of the basement has been confirmed that together with subsidence of the bottom is typical for rift structures. Suggestion has been made as to existence of one more rifting center in the coastal part of the Bransfield platform. The depth of the mantle surface within the Antarctic Peninsula obtained according to calculations, testifies its continental structure. С целью изучения глубинного строения северо-западной окраины Антарктического полуострова, учитывая существование двух противоречивых представлений относительно причин возникновения рифтогенеза в проливе Брансфилд, на основе сейсмических данных проведенного многовариантное двумерное плотностное моделирование вдоль профиля, что охватывает структуры от океанического блока пролива Дрейка к континенту. Результаты не подтвердили спрединго-субдукционную природу Западной Антарктики. Таким образом, материковая окраина Антарктического полуострова скорее всего принадлежит к пассивному типу и пролив Брансфилд не является задуговим бассейном. Показано, что типично океаническая кора пролива Дрейка изменяется двухслойной субконтинентальной корой Южношетландских островов. В проливе Брансфилд подтверждено укоренение мантийной вещества в нижнюю и среднюю части фундамента, что вместе с проседанием дна является типичным для рифтовых структур. Припущено существования еще одного центра рифтингу в прибрежной части платформы Брансфилд. Рассчитанная глубина залегания поверхности мантии в пределах Антарктического полуострова удостоверяет о его континентальном строении.
first_indexed	2025-12-07T16:15:45Z
format	Article
fulltext	Ю. В. КОЗЛЕНКО, М. В. КОЗЛЕНКО 142 Геофизический журнал № 4, Т. 33, 2011 Введение. Геолого-геофизические особен- ности акваторий вокруг Антарктического по- луострова (Земли Грейама) — моря Беллинсга- узена, пролива Дрейка, морей Скоша и Уэд- делла (рис. 1) — являются весьма важными для понимания тектонических процессов, сформи- ровавших Западную Антарктику [Бахмутов, 2006]. Морфология ее северо-западной части характеризуется чередованием параллельно расположенных узких и длинных (порядка 40 на 300 км) возвышенностей: Антарктическо- го полуострова, гряды Южно-Шетландских островов и впадин: трога Брансфилд, Южно- Шетландского желоба [Атлас Мира, 2007]. Пролив Брансфилд, разделяющий Южно- Шетландские острова и Антарктический по- луостров, отличается достаточно сложным УДК 551.24 Применение плотностного моделирования для решения вопроса о природе пролива Брансфилд © Ю. В. Козленко, М. В. Козленко, 2011 Институт геофизики НАН Украины, Киев, Украина Поступила 22 ноября 2010 г. Представлено членом редколлегии О. М. Русаковым З метою вивчення глибинної будови північно-західної окраїни Антарктичного півострова, враховуючи існування двох суперечливих уявлень щодо причин виникнення рифтогенезу в протоці Брансфілд, на основі сейсмічних даних проведено багатоваріантне двовимірне густинне моделювання вздовж профіля, що охоплює структури від океанічного блока протоки Дрейка до континенту. Результати не підтвердили спрединго-субдукційну природу Західної Антарктики. Таким чином, материкова окраїна Антарктичного півострова швидше за все належить до пасивного типу і протока Брансфілд не є задуговим басейном. Показано, що типово океанічна кора протоки Дрейка змінюється двошаровою субконтинентальною корою Південношетландських островів. У протоці Брансфілд підтверджено вкорінення мантійної речовини в нижню і середню частини фундаменту, що разом з просіданням дна є типовим для рифтових структур. Припущено існування ще одного центру рифтингу в прибережній частині платформи Брансфілд. Розрахована глибина залягання поверхні мантії в межах Антарктичного півострова засвідчує про його континентальну будову. In order to study deep structure of north-western borderland of the Antarctic Peninsula, taking into account two existing contradictory notions as to the reasons of appearance of rifto-genesis in the Bransfield Strait, according to seismic data, multi-variant two-dimensional density simulation has been conducted along the profile involving the structures from the oceanic block of the Drake Strait up to the continent. The results did not confirm the spreading-subduction nature of the West Antarctica. Therefore, the continental margin of the Antarctic Peninsula belongs the most probably to the passive type, and the Bransfield Strait is not a back from arch basin. It has been shown that typically oceanic crust of the Drake Strait is interchanged by two-layered sub-continental crust of the South Shetland islands. In the Bransfield Strait the rootage of the mantle matter into lower and medium part of the basement has been confirmed that together with subsidence of the bottom is typical for rift structures. Suggestion has been made as to existence of one more rifting center in the coastal part of the Bransfield platform. The depth of the mantle surface within the Antarctic Peninsula obtained according to calculations, testifies its continental structure. строением (см. рис. 1): в северо-восточной части протягивается трог шириной порядка 50 км и глубиной до 2 км; южнее расположена мелководная платформа Брансфилд шириной около 30 км, включающая в себя группы остро- вов и скал. Материковая часть района работ (Южно- Шетландские острова и Земля Грейама) в це- лом слабо изучена геолого-геофизическими методами из-за ледовых шапок, покрывающих данные структуры. Скопления плавающих льдов мешают проведению исследований на мелководье, поэтому морские геофизические наблюдения сосредоточены преимуществен- но в глубоководной части пролива Брансфилд (рис. 2). Труднодоступность региона приводит к тому, что при измерении потенциальных по- ПРИМЕНЕНИЕ ПЛОТНОСТНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ВОПРОСА ... Геофизический журнал № 4, Т. 33, 2011 143 лей основной упор делается на дистанционные методы: аэромагнитную съемку для магнитно- го поля [Renner et al., 1985; Garrett, 1990] и пере- счет спутниковых альтиметрических наблю- дений для гравитационного [McAdoo, Marks, 1992; Sandwell, Smith, 1997]. Сейсмические исследования в основном ограничены по глу- бине [Barker, 1994; Barker, Austin, 1994; Young Keun Jin et al., 2002; Barker et al., 2003; Galindo- Zaldívar et al., 2004]. Глубинное строение коры и залегание границы Мохо изучены достаточно фрагментарно [Ashcroft, 1972; Guterch et al., 1998; Christeson et al., 2003]. Зона перехода океан—континент геолого-геофизическими экспедициями почти не исследована. Особен- ности строения и эволюции данного сегмента Антарктической материковой окраины выво- дятся практически только на основании ин- терпретации полосовых магнитных аномалий [Barker, 1982; McCarron, Larter, 1998]. Таким образом, работа по изучению глубин- ного строения земной коры и верхней мантии в региональном трансекте от океанического блока пролива Дрейка до континентальной структуры Антарктического полуострова яв- ляется весьма актуальной. Представления о природе структур изучае- мого региона. В соответствии с современными представлениями пролив Брансфилд возник в результате рифтинга [Keller, Fisk, 1987; Acosta et al., 1992; Barker, Austin, 1994; Удинцев и др., 1999]. Существует два мнения о причине его происхождения. В соответствии с одним из них, образование рифтового трога связано исключительно с вертикальными подвижка- ми земной коры, вызванными внедрением мантийного диапира [Удинцев, Шенке, 2004]. Более распространена концепция о ведущей роли горизонтальных перемещений блоков, исходя из которой трог Брансфилд является задуговым бассейном, возникшим в результа- те переработки континентальной коры окраи- ны Антарктического полуострова вследствие пододвигания под него океанической плиты Феникс [Garret, Storey, 1987; Grad et al., 1993; Lawver et al., 1995; Galindo-Zaldívar et al., 2004]. Рис. 1. Батиметрическая карта изучаемого региона с положением модельного профиля. На врезке дана обзорная схема с выделенным районом исследований. Ю. В. КОЗЛЕНКО, М. В. КОЗЛЕНКО 144 Геофизический журнал № 4, Т. 33, 2011 Одним из основных аргументов сторонни- ков идеи субдукции является наличие глубо- ководного Южно-Шетландского желоба, ха- рактерного для активных материковых окраин [Henriet et al., 1992]. Однако следует отметить, что и для зон перехода океан—континент пас- сивного типа подтверждено существование прогибов фундамента у подножья континен- тального склона [Stockmal et al., 1986; Литвин, 1987]. Согласно тектоническим построени- ям, пододвигание океанической плиты под Антарктический полуостров происходило в отдельных сегментах, контролируемых зона- ми трансформных разломов [Larter, Barker, 1991]. Поскольку юго-западная часть хребта Алук, являвшегося осью спрединга плиты Фе- никс, уже погребена под материком, Южно- Шетландский желоб, если он возник в резуль- тате субдукции, должен быть ограничен раз- ломными зонами Хиероу и Шеклтон. В то же время анализ карты батиметрии (см. рис. 1) по- казывает, что желоб простирается более чем на Рис. 2. Схема изученности морскими экспедициями акватории северо-западной оконечности Антарктического по- луострова. Линиями показаны галсы геофизических съемок, крестиками — пункты наземных гравиметрических на- блюдений. Жирной линией обозначен модельный гравиметрический профиль, пунктиром — профиль ГСЗ № 17 [Grad et al., 1993]. ПРИМЕНЕНИЕ ПЛОТНОСТНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ВОПРОСА ... Геофизический журнал № 4, Т. 33, 2011 145 50 км к юго-западу от разлома Хиероу. Таким образом, нет оснований связывать происхо- ждение желоба со спрединго-субдукционным воздействием плиты Феникс. Параметризация разреза. Для определения глубинного строения континентальной окраи- ны Антарктического полуострова с помощью программного обеспечения [Козленко и др., 2000] было проведено двумерное плотностное моделирование вдоль профиля длиной 320 км, который охватывает практически все текто- нические элементы данного района — юж- ную часть океанической котловины пролива Дрейка, глубоководный Южно-Шетландский желоб, Южно-Шетландские острова и пролив Брансфилд до северной оконечности Земли Грейама. Параметризация плотностных моделей осуществляется обычно на основании сейс- мических данных. В районе иследований про- ложен единственный региональный профиль ГСЗ № 17, пересекающий все главные мор- фоструктуры (см. рис. 2). Однако он относи- тельно неплохо обеспечен гравиметрическими данными исключительно в пределах трога и части платформы Брансфилд, но крайне слабо — в зоне перехода океан—континент. Поэтому для моделирования был использован профиль, составленный из галсов съемок поля силы тя- жести № 756 НИС «Шеклтон» и № 591 НИС «Юинг», которые проходят почти параллельно сейсмическому профилю и составляют самый протяженный ряд непрерывных наблюдений. Провести профиль таким образом, чтобы он пересекал Антарктический полуостров, не представляется возможным в связи с отсут- ствием гравиметрических данных в пределах суши. Поскольку в характеристиках земной коры и верхней мантии несомненно отражается ге- незис структуры, с помощью моделирования глубинного строения можно оценить, какая из концепций происхождения трога Брансфилд является более достоверной. В связи с тем, что существует два противоречивых представле- ния о причинах возникновения рифтогенеза в проливе Брансфилд, были созданы две гра- витационные модели. Первая, в которой проверялась концепция субдукционной природы изучаемого района с погружающимся блоком океанической коры, была построена путем прямого перевода сейс- мической модели [Grad et al., 1993, fig. 17] в плотностную. Из-за отсутствия сейсмической модели не- субдукционной природы для построения вто- рой модели, в которой строение коры и верх- ней мантии соответствует материковой окраи- не пассивного типа, был использован широкий спектр геофизических данных. В пределах участка разреза в проливе Дрейка мощность коры была задана по [Mooney et al., 1998], а значения плотностей — по [Русаков, 1985] в соответствии с возрастом плиты Феникс, ко- торый в данном районе, согласно полосовым магнитным аномалиям (№№ 5a—6a), составля- ет порядка 12—21 млн лет [Kim et al., 1992]. Для части модели от Южно-Шетландских островов до Антарктического полуострова мощности осадков, а также границы в консолидирован- ной коре разреза задавались на основании ин- терполяции всех сейсмических моделей для данного района [Ashcroft, 1972; Grad et al., 1993; Barker, 1994; Janik 1997; Christeson et al., 2003]. В пределах пролива Брансфилд на глубинах ниже 10 км в соответствии с сейсмическими данными [Janik 1997; Barker et al., 2003; Vuan et al., 2005] в модель включено тело с параметра- ми, характерными для коромантийной смеси. Перевод значений скорости в плотности для обеих моделей проводился с помощью функций ρ=f(V): для осадочных слоев [Коз- ленко, 1989], для консолидированной коры и верхней мантии в континентальной части раз- реза [Гордиенко, 1986], в океанической части [Русаков, 1984]. При проведении исследования была учтена зависимость плотности осадков от мощности слоев и глубины их залегания. В качестве функции приведения использовались параметрические модели: для структур, имею- щих континентальное происхождение — по [Трипольский, Шаров, 2004], для океанических образований — по [Русаков, 1989]. Подбор гравиметрического поля проводил- ся с шагом 5 км. Моделирование осуществля- лось путем изменения параметров консоли- дированной коры и верхней мантии. Границы и плотности осадочных слоев оставались по- стоянными, поскольку они определены доста- точно уверенно. Моделирование континентальной окраины субдукционного типа. Проверка идеи субдук- ции на основании сейсмической модели [Grad et al., 1993] осуществлялась ранее при подбо- ре плотностного разреза [Yegorova et al., 2009, fig. 9]. Особенностью этой работы является то, что интерпретировалось не наблюденное поле силы тяжести, а гравитационные аномалии, полученные путем пересчета альтиметриче- ских измерений. Однако, как показывают про- Ю. В. КОЗЛЕНКО, М. В. КОЗЛЕНКО 146 Геофизический журнал № 4, Т. 33, 2011 веденные исследования, значения поля силы тяжести, полученные по данным альтиметрии, весьма существенно (до нескольких десятков мГал) отличаются от данных набортных съе- мок [Дробышев и др., 2005; Тулин, Ильинский, 2005] и использовать их можно только для ка- чественного анализа, особенно в областях кон- трастных структур, т. е. на границах блоков различного генезиса. Количественные расчеты методом плотностного моделирования следует проводить только по результатам измерений морскими гравиметрами [Grecu et al., 2000]. Кроме того, в работе [Yegorova et al., 2009] в зоне перехода океан—континент точность подбора поля превышает 20 мГал. При такой погрешности некорректно делать выводы о глубинном строении района. Для получения более достоверного распре- деления плотностей в земной коре и верхней мантии разрез, основанный на модели [Grad et al., 1993, fig. 17], был просчитан с использо- ванием данных набортных гравиметрических наблюдений (рис. 3). В результате оказалось, что вычисленное гравитационное поле значи- тельно отличается от наблюденного. Совпаде- ние отмечается на краю профиля вблизи мате- рика (ПК 320), а также на южном склоне гряды Южно-Шетландских островов и прилегающей части пролива Брансфилд (ПК 170—215). В пределах пролива Дрейка и глубоководного желоба (ПК 0—50) значение разностного поля (Δgразн) составляет 50—60 мГал. Максималь- ная величина разностной аномалии (70 мГал) отмечена в районе северной бровки шельфа Южно-Шетландской гряды (ПК 120). Над вул- каническим штоком в центральной части трога Брансфилд (ПК 220) Δgразн достигает 30 мГал. Шельфовая зона Антарктического полуостро- ва характеризуется разностной аномалией ве- личиной до 40 мГал и протяженностью около 40 км (ПК 270—310). Такие расхождения между наблюденными и вычисленными значениями требуют существенной коррекции параметров модели. Рис. 3. Двумерная плотностная модель северо-западной оконечности Антарктического полуострова активного типа со- гласно [Grad et al., 1993, fig. 17] без подбора гравитационного поля: прД — пролив Дрейка, ЮШж — Южно-Шетландский желоб, ЮШо — Южно-Шетландские острова, трБ — трог Брансфилд, плБ — платформа Брансфилд. Значения ρ в г/см3. ПРИМЕНЕНИЕ ПЛОТНОСТНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ВОПРОСА ... Геофизический журнал № 4, Т. 33, 2011 147 Подбор модельного поля нуждается, в пер- вую очередь, в изменении плотности коры погружающейся плиты в северо-западной части профиля (ПК 0—150). В сейсмической модели [Grad et al., 1993] скорость продольных волн в океанической коре (7,2 км/с) оказыва- ется больше, чем в коромантийной смеси под трогом Брансфилд (7,0 км/с), что противоре- чит здравому смыслу. Кроме того, величина Vp=7,2 км/с значительно завышена, поскольку статистическая обработка результатов изме- рений скорости продольных волн в океанах для консолидированной коры дает среднее значение Vp=6,25 км/с [Русаков, 1984]. При по- гружении плиты пористость в коре уменьша- ется [Whitmarsh, 1977], средняя скорость волн в породах увеличивается до значений, харак- терных для океанического слоя «3» (6,73 км/с) [Christensen, Salisbury, 1975]. Согласно расче- там, таким величинам Vp отвечают плотности 2,8 и 2,89 г/см3 соответственно; кроме того, зна- чение скорости для верхней мантии молодой океанической плиты Феникс также завышено и, следовательно, величину ρ этой части модели следует уменьшить до 3,31 г/см3 согласно дан- ным [Русаков, 1984]. Внесение указанных изменений в модель дало возможность подобрать поле силы тяже- сти в океанической части. Чтобы убрать мак- симальную аномалию на ПК 120, пришлось дополнительно разделить верхнюю мантию на несколько блоков с различной плотностью. Локальный характер аномалии на ПК 220 по- зволяет уменьшить величину Δgразн незна- чительным снижением плотности штока (до 2,75 г/см3). Приблизить модельное поле к на- блюденному в юго-восточной части профиля можно, понизив значение ρ в консолидирован- ной коре приматериковой области до 2,9 г/см3. В подобранной за счет изменения плотностей при закрепленных границах всех слоев модели погрешность расчетов не превышает ±10 мГал (рис. 4). Точность подбора можно увеличить при задании величин ρ в формате трех знаков Рис. 4. Двумерная плотностная модель северо-западной оконечности Антарктического полуострова активного типа согласно [Grad et al., 1993, fig. 17] с подобранным гравитационным полем. Обозначения см. на рис. 3. Ю. В. КОЗЛЕНКО, М. В. КОЗЛЕНКО 148 Геофизический журнал № 4, Т. 33, 2011 после запятой [Козленко, Козленко, 2006], что невозможно из-за малого количества опреде- ления параметров физических свойств пород данного региона. Из полученного разреза видно, что участок ПК 0—60 отвечает общепринятым представ- лениям о строении океанической литосферы. В проливе Брансфилд на глубинах 10 — 30 км подтверждается наличие блока с плотностью, характерной для коромантийной смеси. Но, в отличие от модели [Grad et al., 1993], ширина этого блока оказалась на 65 км меньше. Таким образом, кристаллический фундамент плат- формы Брансфилд (ПК 250—310) относится к типу, переходному от континентального к оке- аническому. Однако глубинное строение части разреза, значимой в плане концепции погру- жающейся плиты (ПК 60—160), невозможно объяснить с геологической точки зрения, по- скольку по результатам моделирования мантия оказывается разбита на блоки с чередованием аномально высоких и низких значений плот- ности: 3,37; 2,99 и 3,51 г/см3 (при нормальной величине ρ для молодой океанической котло- вины 3,31—3,32 г/см3 [Русаков, 1984]). Таким образом, полученные результаты опровергают субдукцию океанической плиты Феникс под континентальную Антарктическую. Моделирование материковой окраины пассивного типа. Для проверки предполо- жения о происхождении трога Брансфилд в результате рифтогенеза, не связанного с про- цессом субдукции, была просчитана вторая мо- дель (рис. 5). Благодаря тому, что в процессе моделирования изменялись не только значения плотности, но и конфигурация границ разреза, точность подбора удалось повысить до ±5 мГал. В полученной модели покрытая тонким сло- ем современных осадков консолидированная кора в проливе Дрейка и Южно-Шетландском желобе (ПК 0—50) является типично океани- ческой — имеет мощность порядка 6 км и плот- ность 2,75 г/см3. Поверхность мантии конформ- но рельефу дна погружается в сторону остров- Рис. 5. Подобранная двумерная плотностная модель северо-западной оконечности Антарктического полуострова пас- сивного типа. Обозначения см. на рис. 3. ПРИМЕНЕНИЕ ПЛОТНОСТНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ВОПРОСА ... Геофизический журнал № 4, Т. 33, 2011 149 ной гряды. В районе континентального под- ножья (ПК 50) происходит смена типов коры — появляется горизонт, сложенный консолиди- рованными осадками (ρ=2,33 г/см3), а кристал- лический фундамент значительно утолщается и разделяется на два слоя со значениями плот- ности, равными 2,74 и 2,93 г/см3. Подошва коры достаточно круто погружается с 11,5 до 27,5 км. В нижней части консолидированной коры и в верхней мантии на ПК 50—60 выделяется пере- ходная зона с величинами ρ, промежуточными между характерными для океанических и кон- тинентальных типов литосферы. Блок Южно-Шетландских островов (ПК 50—200) имеет резко асимметричное строе- ние. Северо-западный борт характеризуется относительно мощным осадочным чехлом, толщина которого на ПК 120 превышает 4 км, из них около 800 м современных отложений. В качестве источника материала для такого большого объема консолидированных осад- ков требуется крупный массив суши. На этом основании можно утверждать, что островная гряда раньше была частью Антарктического материка. Поверхность кристаллической коры представляет собой чередование повышений и понижений с амплитудой до 1,5 км. Кровля слоя консолидированных осадков во многом определяется сложным рельефом фундамента. Выступы на ПК 85 и 105 служили барьером для сноса материала с берега, что привело к обра- зованию осадочных призм. Ближний к остров- ной гряде карман был засыпан полностью. По- верх него образовалась пологая выровненная поверхность, являвшаяся палеошельфом. Мо- ристее его бровки кровля и подошва нижне- го осадочного слоя в целом конформны. Со- временный рельеф дна в целом унаследовал сформировавшуюся структуру — шельф и континентальный склон располагаются в тех же пределах, что и древние. Волнистая линия батиметрии в средней и нижней частях кон- тинентального склона вызвана накоплением материала при гравитационным обрушении бровки шельфа. Юго-восточный борт гряды характеризует- ся значительно меньшей мощностью осадочно- го чехла, не превышающей 2,4 км (ПК 200). В отличие от северо-западного борта здесь отсут- ствуют современные накопления, поверхность дна осложнена неровностями, тогда как кровля фундамента выравнена, причем ее крутизна увеличивается при удалении от островов. От- сутствие молодых отложений свидетельствует о стабильности гипсометрического положения, в то время как накопление осадочного материа- ла с северо-западной стороны островов ука- зывает на погружение этого участка. Наличие вертикальных движений земной коры с одной стороны островной гряды и отсутствие их с другой может объясняться перетеканием ман- тийного вещества из-под Южно-Шетландского блока в рифт под проливом Брансфилд в про- цессе продвижения астенолита [Артюшков, 1993].В строении консолидированной коры также наблюдается асимметрия. Модельные границы северо-западного борта менее кру- тые и выполаживаются к островам. С юго- восточной стороны градиент глубины залега- ния этих границ существенно выше и в нижних частях слоев не происходят изменения углов наклона. Наиболее глубокая точка залегания подошвы коры (35 км на ПК 142) смещена на 18 км к северо-западу относительно вершины кристаллического фундамента. Тем самым на- рушена закономерность, согласно которой в континентальных структурах верхняя и ниж- няя поверхности консолидированной коры антиморфны, т. е. выступ кровли расположен непосредственно над прогибом подошвы [Че- кунов, Соллогуб, 1987]. Таким образом, фунда- мент Южно-Шетландских островов со стороны пролива Брансфилд оказывается срезанным вследствие переработки коры, вызванной вне- дрением мантийного плюма в пределах трога. Пролив Брансфилд по глубинному строе- нию резко отличается от Южно-Шетландской гряды — консолидированная кора модели под- разделяется на три слоя. В двух верхних го- ризонтах плотности постоянны по простира- нию и составляют 2,51 и 2,86 г/см3. В третьем значения ρ изменяются: 2,94 г/см3 со стороны Южно-Шетландских островов, 3,10 г/см3 под центром пролива и 2,98 г/см3 в пределах окра- ины Антарктического полуострова. Участок между ПК 200 и 290 характеризуется сложной конфигурацией поверхностей модельных сло- ев. Границы в земной коре в этом интервале залегают конформно, образуя чередование поднятий (ПК 220, 245 и 280) и впадин (ПК 235 и 260). В пределах континентальной окраины на глубинах 3,5—5 км выделено локальное тело с повышенной плотностью. Подошва коры от 35 км под Южно-Шетландскими островами поднимается до 30 км к центру трога Бранс- филд с последующим погружением глубже 40 км в сторону материка. Полученные резуль- таты согласуются с данными сейсмических моделирования [Barker et al., 2003; Janik et al., 2006] и томографии [Vuan et al., 2005]. Ю. В. КОЗЛЕНКО, М. В. КОЗЛЕНКО 150 Геофизический журнал № 4, Т. 33, 2011 Подобранная модель (рис. 5), в отличие от модели рис. 4, имеет геологически обоснован- ное закономерное распределение значений плотности в верхней мантии: 3,31 г/см3 под молодой океанической котловиной пролива Дрейка, 3,34 г/см3 — в пределах субконтинен- тального блока Южно-Шетландских островов с узкой переходной зоной между ними и пони- женным значением (ρ=3,31 г/см3) под проливом Брансфилд. Таким образом, модель пассивной материковой окраины и инициального рифта оказывается более аргументированной, чем модель субдукции и задугового бассейна. Глубинное строение пролива Брансфилд. По результатам проведенного моделирова- ния можно представить, что структура проли- ва Брансфилд сформировалась в результате подъема мантийного вещества, проплавления нижней части коры с образованием короман- тийной смеси (высокоскоростной блок на сейс- мическом профиле [Janik, 1997] и зона распро- странения Vs>4,0 км/с на скоростной модели [Vuan et al., 2005]), с внедрением выплавок в верхнюю часть фундамента и проседанием по- верхности дна, что является характерным для рифтогенеза. Наличие двух вершин (ПК 215 и 275) в коромантийном блоке может указы- вать на существование в данном районе двух центров тектономагматической деятельности. На рифтогенез в прибрежной части Антар- ктического полуострова (ПК 310) указывает заполненный осадками прогиб поверхности кристаллического фундамента и наличие под ним в верхней части коры тела с повышенной плотностью. Однако в этой зоне процесс про- текал не так активно, как в центральной части пролива Брансфилд, на что указывает меньшая ширина и глубина прогибов дна и фундамента, а также параметры нижней части коры — плот- ность (2,98 г/см3) меньше, а залегание кровли (11 км) ниже, чем под трогом (3,10 г/см3 и 8,5 км соответственно). В последующем центр маг- матической активности сместился к северо- западу (в приматериковой части произошла дифференциация внедренного материала), на глубинах 3,5—5 км обособилось уплотненное до 2,80 г/см3 тело и понизилось значение ρ в нижней. В настоящее время процесс рифто- генеза локализован под осью трога Брансфилд (ПК 220). Выводы. Результаты многовариантного гравитационного моделирования не подтвер- дили существование части плиты Феникс, погруженной под Антарктическую. Кроме того, геоморфологическое положение Южно- Шетландского желоба относительно зоны раз- ломов Хиероу противоречит представлению о его спрединго-субдукционной природе. Таким образом, можно сделать вывод, что материко- вая окраина северо-западной оконечности Антарктиды относится к пассивному типу и, следовательно, пролив Брансфилд не является задуговым бассейном. Двумерное плотностное моделирование (см. рис. 5), проведенное на базе сейсмических дан- ных, позволило сделать выводы относительно глубинного строения северо-западной окраины Антарктического полуострова. Типично океа- ническая кора пролива Дрейка мощностью 6 км сменяется двуслойной субконтинентальной ко- рой Южно-Шетландских островов толщиной до 35 км. В пределах пролива Брансфилд два верхних слоя консолидированной коры име- ют мощности 3—5 и 2—8 км с постоянными по простиранию плотностями 2,51 и 2,86 г/см3 соответственно. Такие значения близки к па- раметрам 2-го и 3-го океанических слоев, что указывает на формирование между Южно- Шетландскими островами и Антарктическим полуостровом коры субокеанического типа. В проливе Брансфилд подтверждено вне- дрение мантийного вещества в нижнюю и среднюю части фундамента, что вместе с про- седанием дна является типичным для рифто- вых структур. Еще один центр рифтинга пред- полагается в прибрежной части платформы Брансфилд. Понижение поверхности мантии в юго-восточном направлении до 43 км свиде- тельствует о континентальном строении Ан- тарктического полуострова. Артюшков Е. В. Физическая тектоника. — Москва: Наука, 1993. — 456 с. Атлас Мира. — Москва: Ультра ЭКСТЕНТ, 2007. — 248 с. Бахмутов В. Г. Эволюция и геодинамика основных структур Западной Антарктики в мезо-кайнозое: Список литературы современные представления // Український ан- тарктичний журнал. — 2006. — № 4—5. — С. 52— 63. Гордиенко В. В. Нормальные разрезы тектоносферы // Геофиз. журн. — 1986. — 8, № 2. — С. 42—46. Дробышев Н. В., Железняк Л. К., Клевцов В. В., Ко- ПРИМЕНЕНИЕ ПЛОТНОСТНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ВОПРОСА ... Геофизический журнал № 4, Т. 33, 2011 151 нешов В. Н., Соловьев В. Н. Погрешность спут- никовых определений силы тяжести на море // Физика Земли. — 2005. — № 6. — С. 42—54. Козленко М. В., Козленко Ю. В. Плотностная харак- теристика мезокайнозойских отложений Гви- нейского краевого плато в контексте гравитаци- онного моделирования // Геофиз. журн. — 2006. — 28, № 4. — С. 102—108. Козленко Ю. В. Оценка плотности осадочной толщи коры Атлантического океана и ее влияния на гравитационное поле // Геофиз. журн. — 1989. — 11, № 2. — С. 72—76. Козленко Ю. В., Корчагин И. Н., Орлова М. И., Соло- вьев В. Д., Якимчук Н. А.,Якимчук Ю. Н. Методиче- ские особенности интерпретации морских маг- нитометрических и гравиметрических данных // Геология Черного и Азовского морей. — Киев: ОМГОР ННПМ НАНУ, 2000. — С. 185—201. Литвин В. М. Морфоструктура дна океанов. — Ле- нинград: Недра, 1987. — 275 с. Русаков О. М. Методика составления гравитацион- ных моделей океанической тектоносферы // Гео- физ. журн. — 1989. — 11, № 1. — С. 3—9. Русаков О. М. Плотность слоев консолидированной коры океанического типа // Геофиз. журн. — 1985. — 7, № 4. — С. 71—80. Русаков О. М. Уточненная кривая зависимости между плотностью и скоростью продольных волн консолидированной коры и кровли ман- тии океанических структур // Докл. АН УССР. Сер. Б. — 1984. — № 5. — С. 21—24. Трипольский А. А., Шаров Н. В. Литосфера докем- брийских щитов северного полушария Земли по сейсмическим данным. — Петрозаводск: Ка- рельский НЦ РАН, 2004. — 159 с. Тулин В. А., Ильинский Д. А. О степени доверия к морским гравиметрическим картам, построен- ным по спутниковым данным // Седьмые геофиз. чтения им. В. В. Федынского. — Москва: ГЕОС, 2005. — С. 86. Удинцев Г. Б., Шенке Г. В. Очерки геодинамики За- падной Антарктики. — Москва: ГЕОС, 2004. — 132 с. Удинцев Г. Б., Шенке Г. В., Шене Т., Береснев А. Ф., Ефимов П. Н., Кольцова А. В., Князев А. Б., Тете- рин Д. Е., Куренцова Н. А., Булычев А. А., Ги- лод Д. А. Морфодинамика внедряющегося риф- та пролива Брансфилд, Западная Антарктика // Докл. РАН. — 1999. — 368, № 2. — C. 259—263. Чекунов А. В., Соллогуб В. Б. Соотношение границ и кинематики движения в тектоносфере // Докл. АН УССР. Сер. Б. — 1987. — № 8. — С. 27—29. Acosta J., Herranz P., Sanz J. L., Uchupi E. Antarctic continental margin: geologic image of the Bransfield Trough, an incipient ocean basin // Geologic Evolu- tion of the Atlantic Continental / Ed. C. W. Poag, P. C. de Graciansky. — New York: Rises Van Nos- trand Reinh, 1992. — Р. 49—61. Ashcroft W. A. Crustal structure of the South Shetland Islands and the Bransfield Strait // British Antarctic Survey Scientific Reports. — 1972. — № 66. — 43 р. Barker D. H. N., Austin J. A. Tectonic evolution of the Bransfield Strait, Antarctica: intracrustal diapirism, distributed extension and stratigraphic response to marginal basin rifting // Terra Antarctica. — 1994. — 1, № 1. — Р. 287—288. Barker D. H. N., Christeson G. L., Austin J. A. jr., Dal- ziel I. W. D Backarc basin evolution and cordille- ran orogenesis: Insights from new ocean-bottom seismograph refraction profiling in Bransfield Strait, Antarctica // Geology. — 2003. — 31, № 2. — Р. 107—110. Barker P. F. The Antarctic Peninsula region: Tectonic and Sedimentary Environments // Terra Antarctica. — 1994. — 1, № 2. — P. 259—262. Barker P. F. The Cenozoic subduclion history of the Pa- cific margin of the Antarctic Peninsula: ridge-crest interactions // J. Geol. Soc. — 1982. — № 139. — Р. 787—802. Christensen N. I., Salisbury M. H. Structure and consti- tution of the lower oceanic crust // Rev. Geophys. Space Phys. — 1975. — 13, № 1. — P. 57—85. Christeson G. L., Barker D. H. N., Austin J. A. Jr., Dal- ziel I. W. D. Deep crustal structure of Bransfield Strait: Initiation of a back arc basin by rift reactiva- tion and propagation // J. Geophys. Res. — 2003. — 108, № В10. — Р. 2492—2512. Galindo-Zaldívar J., Gamboa L., Maldonado A., Na- kao S., Bochu Ya. Tectonic development of the Brans- field Basin and its prolongation to the South Scotia Ridge, northern Antarctic Peninsula // Marine Geo- logy. — 2004. — 206, № 1—4. — P. 267—282. Garret S. W., Storey B. C. Litospheric extension on the Antarctic Peninsula during Cenozoic subduction // Continental Extension Tectonics / Ed. M. P. Coward Devey, P. L. Hancock. — London: Special Publica- tion of the Geological Society, 1987. — № 28. — Р. 419—431. Garrett S.W. Interpretation of reconnaissance gravity and aeromagnetic surveys of the Antarctic Penin- sula // J. Geophys. Res. — 1990. — 95, № B5. — Р. 6759—6777. Grad M., Guterch A., Janik T. Seismic structure of the lithosphere across the zone of subducted Drake Ю. В. КОЗЛЕНКО, М. В. КОЗЛЕНКО 152 Геофизический журнал № 4, Т. 33, 2011 plate under the Antarctic plate, West Antarctica // Geophys. J. Intern. — 1993. — № 115. — Р. 586— 600. Grecu R. Kh., Korchagin I. N., Kozlenko Yu. V. Compari- son of shipboard gravity measurements and altime- try data along satellite tracks in Atlantic Ocean // 25 General Assembly of European Geophysical Society. Geophys. Res. Abstr. — 2000. — 2., SE30. — P. 22. Guterch A., Grad M., Janik T., Sroda P. Polish Geody- namic Expedition — seismic structure of the West Antarctica // Pol. Polar Res. — 1998. — 19, № 1—2. — P. 113—123. Henriet J. P., Meissner R., Miller H., the GRAPE team Active margin along the Antarctic Peninsula // Tec- tonophysics. — 1992. — № 201. — Р. 229—253. Janik T. Seismic crustal structure of the Bransfield Strait, West Antarctica // Pol. Polar Res. — 1997. — 18, № 3—4. — Р. 171—225. Janik T., Sroda P., Grad M., Guterch A. Moho depths along the Antarctic Peninsula and crustal structure across the landward projection of the Hero fracture zone // Antarctica: Contributions to global earth sci- ences / Ed. D. K. Futterer, D. Damaske, G. Klein- schmidt, H. Miller, F. Tessensohn. — Berlin: Sprin- ger-Verlag, 2006. — P. 229—236. Keller L. A., Fisk M. R. Magmatism associated with the initial stages of backarc rifting, the Bransfield Strait, Antarctica // U.S. Antarctic J. — 1987. — № 21. — Р. 102—104. Kim Y., Chung T. W., Nam S. H. Marine magnetic anoma- lies in Bransfield strait, Antarctica // Rec. Progress in Antarctic Earth Sci. / Ed. Y. Yoshida et al. — Tokyo: TERRAPUB, 1992. — P. 405—410. Larter R. D., Barker P. F. Effects of Ridge Crest-Trench Interaction on Antarctic-Phoenix Spreading: Forces on a Young Subducting Plate // J. Geophys. Res. — 1991. — 96, № B12. — P. 19583—19607. Lawver L. A., Keeler R. A., Fisk M. R., Strelin J. The Brans- field Strait, Antarctic peninsula: active extension behind a dead arc // Back-arc basins, tectonics and magmatism / Ed. B. Taylor. — New York: Plenum Publ. Corp., 1995. — Р. 315—342. McAdoo D. C., Marks K. M. Gravity fields of the South- ern Ocean from Geosat data // J. Geophys. Res. — 1992. — 97. — P. 3247—3260. McCarron J. J., Larter R. D. Late Cretaceous to early Tertiary subduction history of the Antarctic Pe- ninsula // J. Geol. Soc. London. — 1998. — № 155. — P. 255—268. Mooney W. D., Laske G., Masters G. CRUST5.1: a global crustal model at 5 degrees by 5 degrees // J. Geo- phys. Res. — 1998. — 103. — Р. 727—747. Renner R. G. B., Sturgeon L. J. S., Garret S. W. Recon- naissance Gravity and Aeromagnetic Surveys of the Antarctic Peninsula // British Antarctic Survey Sci. Reports. — 1985. — № 110. — 54 р. Sandwell D. T., Smith V. H. F. Marine gravity anomaly from Geosat and ERS-1 satellite altimetry // J. Geo- phys. Res. — 1997. — 102, № B5. — P. 10039—10054. Stockmal G. S., Beaumont C., Boutilier R. Geodynamic Models of Convergent Margin Tectonics: Transition from Rifted Margin to Overthrust Belt and Conse- quences for Foreland-Basin Development // Amer. Assoc. Petrol. Geol. Bull. — 1986. — 70, № 2. — P. 181—190. Vuan A., Robertson Maurice S. D., Wiens D. A., Pan- za G. F. Crustal and upper mantle S-wave velocity structure beneath the Bransfield Strait (West Ant- arctica) from regional surface wave tomography // Tectonophysics. — 2005. — 397. — Р. 241—259. Whitmarsh R. B. Seismic refraction studies of the upper igneous crust in the north Atlantic and porosity for layer 2 // Earth and Planet. Sci. Lett. — 1977. — 37, № 2. — P. 451—464. Yegorova T., Bakhmutov V., Gobarenko V., Lyashchuk A. New insight into the deep structure of Аntarctic peninsula continental margin by methods of 2d ravity/magnetic modelling and 3d seismic tomo- graphy // Укр. Антракт. журн. — 2009. — № 8. — С. 67—87. Young Keun Jin, Larter R. D., Yeadong Kim, Sang Heon Nam, Kyu Jung Kim. Post-subduction margin structures along Boyd Strait, Antarctic Pe- ninsula // Tectonophysics. — 2002. — 346, № 3—4. — P. 187—200.
id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-97102
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn	0203-3100
language	Russian
last_indexed	2025-12-07T16:15:45Z
publishDate	2011
publisher	Інститут геофізики ім. С.I. Субботіна НАН України
record_format	dspace
spelling	Козленко, Ю.В. Козленко, М.В. 2016-03-25T14:46:15Z 2016-03-25T14:46:15Z 2011 Применение плотностного моделирования для решения вопроса о природе пролива Брансфилд / Ю.В. Козленко, М.В. Козленко // Геофизический журнал. — 2011. — Т. 33, № 4. — С. 142-152. — Бібліогр.: 48 назв. — рос. 0203-3100 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/97102 551.24 З метою вивчення глибинної будови північно-західної окраїни Антарктичного півострова, враховуючи існування двох суперечливих уявлень щодо причин виникнення рифтогенезу в протоці Брансфілд, на основі сейсмічних даних проведено багатоваріантне двовимірне густинне моделювання вздовж профіля, що охоплює структури від океанічного блока протоки Дрейка до континенту. Результати не підтвердили спрединго-субдукційну природу Західної Антарктики. Таким чином, материкова окраїна Антарктичного півострова швидше за все належить до пасивного типу і протока Брансфілд не є задуговим басейном. Показано, що типово океанічна кора протоки Дрейка змінюється двошаровою субконтинентальною корою Південношетландських островів. У протоці Брансфілд підтверджено вкорінення мантійної речовини в нижню і середню частини фундаменту, що разом з просіданням дна є типовим для рифтових структур. Припущено існування ще одного центру рифтингу в прибережній частині платформи Брансфілд. Розрахована глибина залягання поверхні мантії в межах Антарктичного півострова засвідчує про його континентальну будову. In order to study deep structure of north-western borderland of the Antarctic Peninsula, taking into account two existing contradictory notions as to the reasons of appearance of rifto-genesis in the Bransfield Strait, according to seismic data, multi-variant two-dimensional density simulation has been conducted along the profile involving the structures from the oceanic block of the Drake Strait up to the continent. The results did not confirm the spreading-subduction nature of the West Antarctica. Therefore, the continental margin of the Antarctic Peninsula belongs the most probably to the passive type, and the Bransfield Strait is not a back from arch basin. It has been shown that typically oceanic crust of the Drake Strait is interchanged by two-layered sub-continental crust of the South Shetland islands. In the Bransfield Strait the rootage of the mantle matter into lower and medium part of the basement has been confirmed that together with subsidence of the bottom is typical for rift structures. Suggestion has been made as to existence of one more rifting center in the coastal part of the Bransfield platform. The depth of the mantle surface within the Antarctic Peninsula obtained according to calculations, testifies its continental structure. С целью изучения глубинного строения северо-западной окраины Антарктического полуострова, учитывая существование двух противоречивых представлений относительно причин возникновения рифтогенеза в проливе Брансфилд, на основе сейсмических данных проведенного многовариантное двумерное плотностное моделирование вдоль профиля, что охватывает структуры от океанического блока пролива Дрейка к континенту. Результаты не подтвердили спрединго-субдукционную природу Западной Антарктики. Таким образом, материковая окраина Антарктического полуострова скорее всего принадлежит к пассивному типу и пролив Брансфилд не является задуговим бассейном. Показано, что типично океаническая кора пролива Дрейка изменяется двухслойной субконтинентальной корой Южношетландских островов. В проливе Брансфилд подтверждено укоренение мантийной вещества в нижнюю и среднюю части фундамента, что вместе с проседанием дна является типичным для рифтовых структур. Припущено существования еще одного центра рифтингу в прибрежной части платформы Брансфилд. Рассчитанная глубина залегания поверхности мантии в пределах Антарктического полуострова удостоверяет о его континентальном строении. ru Інститут геофізики ім. С.I. Субботіна НАН України Геофизический журнал Научные сообщения Применение плотностного моделирования для решения вопроса о природе пролива Брансфилд Застосування густинного моделювання для вирішення питання про природу протоки Брансфілд Application of density modeling for solving the problem on the nature of the Bransfield Strait Article published earlier
spellingShingle	Применение плотностного моделирования для решения вопроса о природе пролива Брансфилд Козленко, Ю.В. Козленко, М.В. Научные сообщения
title	Применение плотностного моделирования для решения вопроса о природе пролива Брансфилд
title_alt	Застосування густинного моделювання для вирішення питання про природу протоки Брансфілд Application of density modeling for solving the problem on the nature of the Bransfield Strait
title_full	Применение плотностного моделирования для решения вопроса о природе пролива Брансфилд
title_fullStr	Применение плотностного моделирования для решения вопроса о природе пролива Брансфилд
title_full_unstemmed	Применение плотностного моделирования для решения вопроса о природе пролива Брансфилд
title_short	Применение плотностного моделирования для решения вопроса о природе пролива Брансфилд
title_sort	применение плотностного моделирования для решения вопроса о природе пролива брансфилд
topic	Научные сообщения
topic_facet	Научные сообщения
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/97102
work_keys_str_mv	AT kozlenkoûv primenenieplotnostnogomodelirovaniâdlârešeniâvoprosaoprirodeprolivabransfild AT kozlenkomv primenenieplotnostnogomodelirovaniâdlârešeniâvoprosaoprirodeprolivabransfild AT kozlenkoûv zastosuvannâgustinnogomodelûvannâdlâviríšennâpitannâpropriroduprotokibransfíld AT kozlenkomv zastosuvannâgustinnogomodelûvannâdlâviríšennâpitannâpropriroduprotokibransfíld AT kozlenkoûv applicationofdensitymodelingforsolvingtheproblemonthenatureofthebransfieldstrait AT kozlenkomv applicationofdensitymodelingforsolvingtheproblemonthenatureofthebransfieldstrait

Применение плотностного моделирования для решения вопроса о природе пролива Брансфилд

Institution

Similar Items