ТЕПЛОВОЙ ПОТОК СВАЛЬБАРДСКОЙ ПЛИТЫ:

ПРОБЛЕМЫ ГЕОТЕРМИИ АРКТИЧЕСКИХ МОРЕЙ.
Ю.Г. Леонов ,1М.Д. Хуторской 1, Л.В. Подгорных2
Геологический институт РАН, г. Москва;
ВНИИОкеангеология, г. С.-Петербург
[email protected]
1
2
В рамках фундаментальных научных программ Президиума РАН и Отделения наук о
Земле РАН проведены геотермические исследования в Западно-Арктической зоне и в
Амеразийском секторе СЛО.
Нами проведено геотермическое моделирование вдоль сети арктических геотраверсов
в Баренцевом и Карском морях, а также в Котловинах Подводников и Макарова
(Амеразийский бассейн) с целью определения глубинных температур в земной коре, для
оценки глубины залегания температурного интервала катагенетического преобразования
органического вещества, а также для исследования характерных проявлений
геотемпературного поля, контролирующих локализацию известных месторождений газа и
газоконденсата.
Разработаны трехмерные модели геотермического поля на основе совместной
интерпретации структуры литосферы и геотермических измерений в арктических
шельфовых морях и в Северном Ледовитом океане. По аналогии с методикой построения
томографических моделей в геофизике этот метод назван термотомографическим [ 1 ].
Впервые по результатам 3D-моделирования геотермического поля обнаружены
структуры геотемпературного поля типа «термических куполов» (рис.1). На шельфе
Западно-Арктических морей выявляется единая тенденция приуроченности крупных
месторождений углеводородов к зонам повышенного термического потенциала – к
термическим куполам (рис.2). Этот факт можно использовать как дополнительный
признак при поисково-разведочных работах на арктическом шельфе.
Рис.1. 3D-модель распределения глубинных температур в Баренцево-Карском регионе
Оценены температуры на границе М, а также глубина слоя катагенетического
преобразования органического вещества и мощность литосферы в пределах Котловин
Подводников. Так, в южной части Котловины Подводников I температура на границе Мохо
составляет 750°С, а в северной части Котловины Подводников II - 700°С. В верхней мантии, в
пределах твердой литосферы температура градиентно нарастает от 700-750°С до 1200°С на
глубине 42-45 км. Кровля термической астеносферы, приуроченная к изотерме 1250°С с
учетом РТ-условий для данной глубины, проявляется на глубине 50 км (рис.3). Эта мощность
литосферы типична для пассивных континентальных окраин атлантического типа.
Полученные геотермические данные позволяют констатировать отсутствие новейшей
тектономагматической активности в районе Котловин Подводников.
Рис.2. Температурные карты-срезы на глубине 3 км (А), 4 км (Б) и 5 км (В)
в Баренцевом море
(черными точками показано расположение открытых месторождений углеводородов)
В северной части Баренцевоморской плиты выполнены измерения глубинных
температур и теплового потока в 25-м рейсе НИС «Ак. Николай Страхов» на двух
полигонах: «ЗФИ» и «Шпицберген».
Работы в рейсе выполнялись с помощью новой модификации известной и
апробированной серии геотермических зондов «ГЕОС» – зондом «ГЕОС-М». Зонд
предназначен для автоматического высокоточного измерения температуры донных
осадков; градиента температур на четырех измерительных базах; теплопроводности
осадков на тех же базах; гидростатического давления (глубины); температуры воды; угла
внедрения зонда в осадки (угла отклонения от вертикали) и определения на основе
полученных данных глубинного теплового потока Земли через дно акваторий. Кроме
того, зонд позволяет осуществлять вертикальное температурное зондирование водной
толщи. По кабель-тросу осуществляется управление процессом измерения, вся
получаемая информация поступает в набортный компьютер.
На полигоне «ЗФИ» было выполнено семь измерений теплового потока и температуры
в толще воды (рис.3). Мы наблюдали два высоких значения (88 и 97 мВт/м 2) по линии
северо-восточного простирания, относящейся к проливу Франц-Виктория, а также
пониженные значения теплового потока (30-35 мВт/м2) севернее и южнее этой
предполагаемой линии.
Подобные вариации теплового потока, где на небольшом пространстве значения
изменяются в два раза, характерны для районов развития эвапоритовых бассейнов в
условиях деструкции коры. С этапом break-up в раннем мелу связан процесс образования
соленосных толщ [ 2 ]. Эвапориты повсеместно встречаются в разрезах океанического
чехла окраинных периокеанических бассейнов Атлантики [ 3 ].
Эта одна из возможных моделей, объясняющая вариации теплового потока, но для ее
подтверждения необходимы результаты сейсмического профилирования.
Рис.3. Измерения теплового потока на полигоне ЗФИ (показаны треугольниками).
Точками показаны три значения теплового потока, полученные при термическом каротаже в
скважинах (с запада на восток): «Нагурская» (о.Земля Александры), «Хейса»(о. Хейса) и «Северная»(о.
Грэм-Бэлл). Значения теплового потока в мВт/м2
Объектом изучения на полигоне «Шпицберген» был желоб Орла, простирающийся от
архипелага Короля Карла на юге до начала континентального склона Котловины Нансена
на севере. Желоб представляет собой узкую, выраженную в рельефе дна депрессию
меридионального простирания. Высота стенок депрессии составляет до 400 м, а дно
расположено на глубине 470-520 м и еще более углубляется с выходом к
континентальному склону. По простиранию желоб выражен на протяжении почти 200 км
при ширине всего 50 км.
Рис.2. Расположение станций измерений теплового потока
на полигоне «Шпицберген»
Треугольниками показаны эпицентры землетрясений за период 2000-2007 гг.)
В желобе и на его продолжении в пределах континентального склона было выполнено
20 измерений теплового потока, принесших, без преувеличения, «сенсационные»
результаты. Он составлял от 300 до 520 мВт/м2, что почти в 10 раз выше уровня фонового
теплового потока для Баренцева моря (рис.4). Идеальная форма записи температуры
датчиков в грунте не оставляла сомнений в достоверности полученных результатов.
На всех «аномальных» станциях термограммы имели линейную или близкую к
линейной форму. Это свидетельствовало о чисто кондуктивной природе измеренного
теплового потока. Искривление термограммы, что свидетельствовало бы о конвективной
разгрузке глубинного флюида, здесь не наблюдалось.
Экстраполяция температур в нижнее полупространство показывает, что на глубине
4,0-4,5 км под дном в желобе могут быть встречены солидусные температуры. Это
говорит о том, что деструкция континентальной коры произошла на всю ее мощность, и
горячее мантийное (?) вещество внедрилось в фундамент, а возможно проникло в нижние
слои осадочного чехла. Отсутствие признаков конвективной разгрузки глубинного
тепломассопотока на дне может быть обусловлено высокой скоростью накопления
терригенного и моренного материала, который экранирует проявления зон разгрузки
флюидов в придонный слой.
На северной окраине шельфа Баренцева моря развита система желобов (трогов),
выраженных в рельефе дна. Они ориентированы меридионально, ортогонально к краю
шельфа и «раскрываются» по направлению к континентальному склону. Кроме желоба
Орла, это желоба Воронина, Святой Анны, Франц-Виктория, а также менее крупные
структуры – проливы Британский канал в архипелаге ЗФИ и Хинлопен в архипелаге
Свальбард. В последние годы все чаще говорят о тектоническом происхождении этих
желобов, применяя к ним термины «грабены» или «рифты» [ 4 ].
Отмеченные структуры, расположенные ортогонально к северной кромке
Баренцевоморского шельфа, ориентированы параллельно континентальному склону к
западу от Шпицбергена и также параллельно океаническому хребту Книпповича, т.е.
структурам раскрытия данного сектора Северной Атлантики. Такой структурный план
позволяет предположить геодинамическое единство системы океанических (хребет
Книпповича) и континентальных (Шпицберген) структур.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Хуторской М.Д., Подгорных Л.В., Грамберг И.С., Леонов Ю.Г. Термотомография
Западно-Арктического бассейна //Геотектоника, 2003. №3, С.79-96.
2. Грачев А.Ф. Новый взгляд на природу магматизма Земли Франца-Иосифа //Физика
Земли, 2001. №9. С.49-61.
3. Rowley D.B., Lottes A.L. Plate-kinematic reconstructions of the North Atlantic and Arctic:
late Jurassic to present //Tectonophysics. 1988. 155. P.73-120.
4. Богданов Н.А. Тектоника Арктического океана //Геотектоника. 2004. №3. С. 13-30.