GeotectonicsGeotectonicsГеотектоника0016-853X3034-4972The Russian Academy of Sciences66039310.31857/S0016853X24020034EBAFYVArticlesСтатьиResearch ArticleThe geological structure of the Gakkel Ridge: in the light of new geological and geophysical dataСтроение хребта Гаккеля в свете новейших геолого-геофизических данныхPiskarevA. L.ПискаревА. Л.
Russian Federation

Institute of Earth Sciences

Институт наук о Земле

apiskarev@gmail.comKaminskyV. D.КаминскийВ. Д.
Russian Federation
apiskarev@gmail.comKireevA. A.КиреевА. А.
Russian Federation
apiskarev@gmail.comPoselovV. A.ПоселовВ. А.
Russian Federation
apiskarev@gmail.comSavinV. A.СавинВ. А.
Russian Federation

Institute of Earth Sciences

Институт наук о Земле

apiskarev@gmail.comSmirnovO. E.СмирновО. Е.
Russian Federation
apiskarev@gmail.comBezumovD. V.БезумовД. В.
Russian Federation
apiskarev@gmail.comDergilevaE. A.ДергилеваЕ. А.
Russian Federation
apiskarev@gmail.comOvanesianG. I.ОванесянГ. И.
Russian Federation
apiskarev@gmail.comOvsiannikovaE. S.ОвсянниковаН. С.
Russian Federation

Institute of Earth Sciences

Институт наук о Земле

apiskarev@gmail.comElkinaD. V.ЭлькинаД. В.
Russian Federation
apiskarev@gmail.comGramberg All-Russia Research Institute of Geology and Mineral Resources of the World Ocean (VNIIOkeangeologia)Всероссийский научно-исследовательский институт геологии и минеральных ресурсов Мирового Океана им. акад. И.С. Грамберга (ВНИИОкеангеология)St. Petersburg State UniversityСанкт-Петербургский государственный университет150420242547122022025Copyright ©; 2024, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2024, Российская академия наук2024Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/0016-853X/article/view/660393

In 2011‒2020 the significant amount of seismic lines was carried out in the Eurasian Basin of the Arctic Ocean, which made it possible to study the structure of the junction zones of the Gakkel Ridge with the Nansen and Amundsen basins on a number of profiles. During 2019‒2020 15 sections of the Gakkel Ridge and its rift valley were studied using a sub-bottom profiler and seismo-acoustic profiling. New data on the relief of the basement, as well as the use of databases of bathymetry, gravity and magnetic anomalies updated at VNIIOkeangeologia, made it possible to calculate the magnetization of the rocks of the Gakkel Ridge along a number of profiles crossing the ridge, and to perform the model calculations of the Earth’s crust structure using a complex of geological and geophysical data in the area of the southeastern termination of the ridge. The Gakkel Ridge is a structure, the isolation of which refers to the time interval of Early Oligocene (34 Ma)–Early Miocene (23 Ma), in the process of radical restructuring of the spreading kinematics in the already existing ocean basins in the regions of the North Atlantic and the Arctic. The values of the calculated magnetization of the magnetic layer of the Earth’s crust show that this layer is partly composed of oceanic basalts, but mainly of deep-originated rocks, gabbro and peridotites, brought to the surface during detachment accompanying spreading. The Laptev Sea continuation of the rift valley of the Gakkel Ridge, to the south of the caldera, passes above many kilometers of sediments, at the base of which sedimentary rocks of Cretaceous and Late Jurassic age occur.

В 2011‒2020 гг. в Евразийском бассейне Северного Ледовитого океана выполнен значительный объем сейсмических работ, позволивших изучить на ряде профилей строение зон сочленения хребта Гаккеля с котловинами Нансена и Амундсена. В 2019‒2020 гг. выполнено 15 пересечений хребта Гаккеля и его рифтовой долины с использованием профилографа и с проведением на ряде профилей сейсмоакустического профилирования. Новые данные о рельефе фундамента, а также использование актуализированных во ВНИИОкеангеология баз данных батиметрии, гравитационных и магнитных аномалий, позволили выполнить расчеты намагниченности пород хребта Гаккеля по ряду пересекающих хребет профилей, а в области юго-восточного замыкания хребта ‒ модельные расчеты строения земной коры с использованием комплекса геолого-геофизических данных. Хребет Гаккеля – структура, начало образования которой относится к интервалу времени начало олигоцена (34 млн лет) – начало миоцена (23 млн лет), в процессе коренной перестройки кинематики спрединга в уже существовавших океанических бассейнах в районах Северной Атлантики и Арктики. Значения рассчитанной намагниченности магнитоактивного слоя земной коры показывают, что этот слой частично сложен океаническими базальтами, но преимущественно ‒ породами глубинного происхождения, габбро и перидотитами, выведенными на поверхность в процессе сопутствующего спредингу скольжения по детачменту. Прилаптевоморское продолжение рифтовой долины хребта Гаккеля, к югу от кальдеры, проходит над многокилометровой толщей осадков, в основании которой залегают осадочные породы мелового, и, возможно, позднеюрского возраста.

Gakkel RidgeEurasian Basintectonicstopographyseismo-acousticsmagnetic anomaliesmagnetizationthe Earth’s crustхребет ГаккеляЕвразийский бассейнтектоникатопографиясейсмоакустикамагнитные аномалиинамагниченностьземная кораАрктический бассейн (геология и морфология). – Под ред. В.Д. Каминского – СПб: ВНИИОкеангеология, 2017. 291 с.Гордин В.М., Назарова Е.А., Попов К.В. Обобщенная петромагнитная модель океанской литосферы // Океанология, 1993. Т. 33. № 1. С. 139‒143.Дараган-Сущова Л.А., Петров О.В., Дараган-Сущов Ю.И., Леонтьев Д.И., Савельев И.Н. История формирования Евразийского бассейна Северного Ледовитого океана по сейсмическим данным // Региональная геология и металлогения. 2020. № 84. С. 25‒44.Дубинин Е.П., Ушаков С.А. Океанический рифтогенез. – М.: ГЕОС, 2001, 293 с.Карасик А.М. Основные особенности истории развития и структуры дна Арктического бассейна по аэромагнитным данным – В сб.: Морская геология, седиментология, осадочная петрография и геология океана. – Под ред. И.М. Варенцова – Л.: Недра, 1980. С. 178‒193.Кириллова-Покровская Т.А. Разработка актуализированной геологической модели моря Лаптевых и сопредельных глубоководных зон для уточненной оценки его углеводородного потенциала // Разведка и охрана недр. 2017. № 10. С. 30‒38.Кременецкий А.А., Пилицын А.Г., Веремеева Л.И., Морозов А.Ф., Петров О.В., Петров Е.И. Эволюция фундамента, рифтогенез и нефтегазоносность Циркумполярной Арктики // Региональная геология и металлогения. 2020. № 83. С. 14–32.Лобковский Л.И., Кононов М.В., Шипилов Э.В. Геодинамические причины возникновения и прекращения кайнозойских сдвиговых деформаций в Хатанга-Ломоносовской разломной зоне (Арктика) // ДАН. Науки о Земле. 2020. Т. 492. № 1. С. 82–87.Печерский Д.М., Тихонов Л.В. Петромагнитные особенности базальтов Атлантического и Тихого океанов // Изв. АН СССР. Сер. Физика Земли. 1983. № 4. С. 79‒90.Пискарев А.Л. Глубинная морская геофизика (развитие методов истолкования). – Л.: Недра, 1991. 188 с.Пискарев А.Л. Петрофизические модели земной коры Северного Ледовитого океана. – СПб.: ВНИИОкеангеология, 2004. 134 c. (Тр. НИИГА‒ВНИИОкеангеология. Т. 203).Пискарев А.Л., Аветисов Г.П., Киреев А.А., Казанин Г.С., Поселов В.А., Савин В.А., Смирнов О.Е., Элькина Д.В. Строение зоны перехода шельф моря Лаптевых‒ Евразийский бассейн, Северный Ледовитый океан // Геотектоника. 2018. № 6. С. 3‒24.Пискарев А.Л., Астафурова Е.Г., Беляев И.В., Жемчужников Е.Г., Подгорных Л.В. Долговременные вариации намагниченности и плотности океанической земной коры // ДАН. 1998. Т. 360. № 2. С. 257‒262.Природа магнитных аномалий и строение океанической коры. – Под ред. А.М. Городницкого – М.: ВНИРО, 1996. 282 с.Рекант П.В., Гусев Е.А. Структура и история формирования осадочного чехла рифтовой зоны хребта Гаккеля (Северный Ледовитый океан) // Геология и геофизика. 2016. Т. 57. № 9. С. 1634‒1640.Соколов С.Ю. Тектоника и геодинамика Экваториального сегмента Атлантики. – Дис. … д.г.-м.н. ‒ М.: ГИН РАН, 2018. 50 с.Barton P.J. The relationship between seismic velocity and density in the continental crust ‒ a useful constraint? // Geophys. J. Royal Astron. Soc. 1986. Vol. 87. Is.1. P. 195‒208.Blackman D.K., Canales J.P, Harding A. Geophysical signatures of oceanic core complexes // Geophys. J. Int. 2009. Vol. 178. Is. 2. P. 593–613.Bleil U., Peterson N. Variations in magnetization intensity and law-temperature titanomagnetite oxidation of ocean floor basalts // Nature. 1983. Vol. 301. P. 384‒388.Bonatti E. Serpentinite protrusions in the oceanic crust // Earth Planet. Sci. Lett. 1976. Vol. 32. Is. 2. P. 107‒113.Cannat M., Sauter D., Escartín J., Lavier L., Picazo S. Oceanic corrugated surfaces and the strength of the axial lithosphere at slow spreading ridges // Earth Planet. Sci. Lett. 2009. Vol. 288. P. 174–183.Cochran J.R. Seamount volcanism along the Gakkel Ridge, Arctic Ocean // Geophys. J. 2008. Vol. 174. P. 1153–1173.Faust L.Y. Seismic velocity as a function of depth and geologic time // Geophysics. 1951. Vol. 16. P. 192‒206.Gaina C., Nikishin A.M., Petrov E.I. Ultraslow spreading, ridge relocation and compressional events in the East Arctic region: a link to the Eurekan orogeny? // Arktos. Vol. 16. No. 1. 2015. https://doi.org/10.1007/s41063-015-0006-8Gardner G.H.F., Gardner L.W., Gregory A.R. Formation velocity and density – the diagnostic basics for stratigraphic traps // Geophysics. 1974. Vol. 39. P. 770–780.Geologic structures of the Arctic Basin. – Ed. by A. Piskarev, V. Poselov, V. Kaminsky. – Springer Nature. 2019. 375 p.Gernigon L., Franke D., Geoffroy L., Schiffer C., Foulger G.R., Stoker M. Crustal fragmentation, magmatism, and the diachronous opening of the Norwegian-Greenland Sea // Earth-Sci. Rev. 2020. Vol. 206. P. 1‒37.Glebovsky V.Y., Kaminsky V.D., Minakov A.N., Merkur’ev S.A., Childers V.A., Brozena J.M. Formation of the Eurasia Basin in the Arctic Ocean as inferred from geohistorical analysis of the anomalous magnetic field // Geotectonics. 2006. Vol. 4. P. 21‒42. https://doi.org/10.1134/S0016852106040029Jokat W., Micksch U. Sedimentary structure of the Nansen and Amundsen basins, Arctic Ocean // Geophys. Res. Lett. 2004. Vol. 31. P. 1‒4.Jokat W., Lehmann P., Damaske D. et al. Magnetic signature of North-East Greenland, the Morris Jesup Rise, the Yermak Plateau, the central Fram Strait: Constraints for the rift/drift history between Greenland and Svalbard since the Eocene // Tectonophysics. 2015. Vol. 691. P. 98‒109.Jokat W., Schmidt-Aursch M.C. Geophysical characteristics of the ultraslow spreading Gakkel Ridge, Arctic Ocean // Geophys. J. 2007. Vol. 168. P. 983–998.Kos’ko M.K., Trufanov G.V. Middle Cretaceous to Eopleistocene sequences on the New Siberian islands: an approach to interpret offshore seismic // Marin. Petrol. Geol. 2002. Vol. 19. P. 901–919.Lutz R., Franke D., Berglar K., Heyde I., Schreckenberger B., Klitzke P., Geissler W. H. Evidence for mantle exhumation since the early evolution of the slowspreading Gakkel Ridge, Arctic Ocean // J. Geodynam. 2018. Vol. 118. P. 154‒165.McLeod C.J., Searle R.C., Murton B.J, Casey J.F., Mallows C., Unsworth S.C., Achenbach K.L., Harris M. Life cycle of oceanic core complexes // Earth Planet. Sci. Lett. 2009. Vol. 287. P. 333–344.Mosher D.C., Shimeld J.W., Hutchinson D., et al. Canada Basin revealed. ‒ In: Arctic Technology Conference Paper. ‒ (Houston. USA. 2012).Moran. K., Blackman J. Brinkhuis H., et al. The Cenozoic palaeoenvironment of the Arctic Ocean // Nature. 2006. Vol. 441. P. 601‒606.Nikishin A.M., Petrov E.I., Malyshev N.A., Ershova V.P. Rift systems of the Russian Eastern Arctic Shelf and Arctic deep water basins: Link between geological history and geodynamics // Geodynam. Tectonophys. 2017. Vol. 8. Iss. 1. P. 11–43.Okino K., Matsuda K., Christie D.M., Nogi Y., Koizumi K. Development of oceanic detachment and asymmetric spreading at the Australian‒Antarctic Discordance // Geochem., Geophys., Geosyst. 2004. Vol. 5. No. 12. P. 1‒22.Piskarev A., Elkina D. Giant caldera in the Arctic Ocean: Evidence of the catastrophic eruptive event // Nature Sci. 2017. Vol. 7. P. 1‒8.Poirier A., Hillaire-Marcel C. Improved Os-isotope stratigraphy of the Arctic Ocean // Geophys. Res. Lett. 2011. Vol. 38. L14607. https://doi:10.1029/2011GL047953. 2011Reston T. J., Ranero C. R. The 3D geometry of detachment faulting at mid-ocean ridges // Geochem., Geophys., Geosyst. 2011. Vol. 12. No. 7. P. 1‒19.Richter M., Nebel O., Maas R., Mather B., Nebel-Jacobsen Y., Capitanio F.A., Dick H.J.B., Cawood P.A. An Early Cretaceous subduction-modified mantle underneath the ultraslow spreading Gakkel Ridge, Arctic Ocean // Sci. Advances. 2020. Vol. 6. Is. 44. P. 1‒29.Snow J.E., Edmonds H.N. Ultraslow-spreading ridges. Rapid paradigm changes // Oceanography. 2007. Vol. 20. No. 1. P. 90–101.Sohn R.A., Willis C., Humphris S. et al. Explosive volcanism on the ultraslow-spreading Gakkel Ridge, Arctic Ocean // Nature. 2008. Vol. 453. P. 1236–1238.Taylor P.T., Kovacs L.C., Vogt P.R., Johnson G.L. Detailed aeromagnetic investigation of the Arctic Basin // J. Geophys. Res. 1981. Vol. 86. P. 6323‒6333.Thiede J. Polarstern Arctis XVII/2 Cruise Report: Amore 2001 (Arctic Mid-Ocean Ridge Expedition) – (Bremerhaven, Alfred Wegener Institute. 2002. Vol. 421), pp. 297.Tremblay A., Meshi A., Bédard J.H. Oceanic core complexes and ancient oceanic lithosphere: Insights from Iapetan and Tethyan ophiolites (Canada and Albania) // Tectonophysics. 2009. Vol. 473. Is. 1. P. 36‒52.Xu M., Canales J.P., Tucholke B.E., DuBois D.L. Heterogeneous seismic velocity structure of the upper lithosphere at Kane oceanic core complex, Mid-Atlantic Ridge // Geochem., Geophys., Geosyst. 2009. Vol. 10. No. 10. P. 1‒34. https://doi:10.1029/2009GC002586Zakharov V.A., Kim B.I., Rogov M.A. Probable Distribution of Upper Jurassic and Lower Cretaceous Deposits on the Laptev Sea Shelf and Their Petroleum Resource Potential // Stratigraphy and Geological Correlation. 2013. Vol. 21. No. 5. P. 496–514. https://doi.org/10.1134/S0869593813050067