О вулканизме и тектонике в эволюции Гайотов Магеллановых гор (Тихий океан)

Полный текст

ВВЕДЕНИЕ

Магеллановы горы — дугообразная цепь подводных вулканических гор длиной более чем 1300 км делит Восточно-Марианскую котловину на впадины Пигафетта и Сайпан. На юго-востоке они граничат с поднятиями Маршалловых и Больших Каролинских островов, а на западе — с Марианской системой желобов. Обычно в гряде Магеллановых гор выделяют Западное и Восточное звено (рис. 1). Ряд исследователей считает, что первоначально Магеллановы горы сформировались на 20–30° ю.ш. на подводном плато Онтонг-Ява в горячей точке SOPITA (South Pacific Isotopic and Thermal Anomaly) и затем были перемещены тихоокеанской плитой в место их современного расположения [9, 27]. Другие полагают, что они образовались на месте пересечения глубинных разломов в результате сдвиговых деформаций [20, 21] или иных тектонических растяжений земной коры при движении плиты [17, 18, 34, 35]. Время образования Магеллановых гор датируют широким возрастным интервалом от поздней юры до раннего мела включительно [5, 8, 27]. Все эти гипотезы объединяет то, что они базируются преимущественно на геофизических данных и сведениях о рельефе дна и мало аргументированы прямыми геологическими данными по самим гайотам.

 

Рис. 1. Батиметрическая карта (1:5000000) Марианского бассейна, цепь гайотов Магеллановых гор и сопредельные районы

 

Начиная с 80-х годов прошлого столетия Магеллановы горы становятся объектом непрерывных геолого-геофизических исследований [1, 5, 6, 10, 22, 25, 32, 33]. Прежде всего, это связано с тем, что дно Восточно-Марианской котловины оказалось наиболее древним (среднеюрским) участком земной коры в современном Мировом океане [23]. Практический же интерес к ним со стороны Южной Кореи, Китая, России и США вызван открытием промышленных запасов кобальта, марганца и др., обнаруженных в рудных корках на поверхности гайотов Магеллановых гор [12]. Глубоководное бурение гор проведено только на вершине гайота Ита-Май-Тай (200–202 DSDP), и все скважины вскрыли разрез карбонатных осадочных пород эоцен–плейстоценового возраста. Глубоководные скважины бурения также были заложены в соседних котловинах Сайпан (199, 585 DSDP и 802 ODP) [25, 26, 32] и Пигафетта (800 и 801 ODP) [22, 23, 28, 34]. Бурение скв. 800А в точке с координатами 21º92.3 с.ш. и 152º32.2 в.д. в северо-западной части впадины Пигафетта было остановлено в меловом силле (апт?) базальтов, залегающем в толще радиоляритов берриасского возраста. Cкв. 801С вскрыт 2-й слой океанической коры с возрастом 171.5 ± 1.15 млн лет (байос), представленный афировыми и порфировыми базальтами [28]. Позднее дополнительное бурение скв. 801С в 185-ом рейсе ODP вскрыло еще 341 м породы базальтового слоя, нижние 136 м из которых представлены переслаивающимися с пиллоу-базальтами темно-красными яшмами, кремнями и перекристализованными радиоляриевыми известняками среднеюрского возраста (байосс) [23]. Это наиболее полный геологический разрез в Мировом океане, отражающий его раннюю и длительную историю.

Большой вклад в изучение геологии данного региона внесли многолетние исследования АО «Южморгеология» [5, 10]. В многочисленных экспедициях с борта НИС «Геленджик» были получены кондиционные батиметрические карты на отдельные гайоты, собраны коллекции магматических, осадочных пород и кобальтомарганцевых корок. Анализ полученных материалов позволил обосновано принять или отклонить ряд положений из предлагаемых ранее гипотез по происхождению Магеллановых гор. Вместе с тем такие вопросы, как соотношение тектонического и вулканического факторов, влияния их на рельеф и условия седиментации в исследуемом районе остаются еще малоизученными.

МЕТОДИКА

С борта НИС «Геленджик» АО «Южморгеология» выполнялись комплексные работы: батиметрическая съемка; геоакустическое, магнитное, гравиметрическое и фототелевизионное профилирования дна [6, 10]. С 2000 по 2018 гг. проведено 11 рейсов, направленных на выявление перспектив кобальтоносного железомарганцевого оруденения, в ходе которых на всех гайотах Магеллановых гор и четырех гайотах сопредельного участка поднятия Маршалловых островов выполнена площадная батиметрическая съемка многолучевым эхолотом Simrad EM12 S-120. Этот эхолот имеет 81 луч и обеспечивает съемку на глубинах от 50 до 11000 м в сплошной полосе максимальной шириной до 3.5 глубин места. Рабочая частота сигнала 13 кГц, электрическая мощность импульса 12 кВ·А. Период излучения выбирается эхолотом от 9 до 13ºс автоматически, по мере завершения цикла обработки принятых сигналов. При проведении съемки гайоты вначале обходились по периметру с целью отслеживания подножья. В дальнейшем положение профилей выбиралось с обеспечением перекрытия полос съемки в 10–15%. В результате батиметрической съемки для каждого из гайотов получены кондиционные карты рельефа дна масштаба 1:200000, а также карты амплитуд обратно рассеянного сигнала эхолота (сонарные изображения), теневые карты рельефа и карты уклонов дна, построенные на основе сеточных файлов с шагом 200×200 м. Изобаты на батиметрических картах проведены через 25 м. На отдельные участки дна получены карты масштаба 1:50000 и крупнее, на которых проведены более детальные геологические работы [6, 12].

Сбор каменного материала осуществлялся скальными коробчатыми драгами и бурением неглубоких скважин погружной буровой установкой ГБУ1/40002 конструкции НПП «Севморгео». Выполнен биостратиграфический анализ осадочных пород, в которых определены ископаемые мел–кайнозойские фораминиферы, наннопланктон, кораллы, малакофауны, белемниты и др. [6, 15]. Палеонтологический анализ в сочетании с другими методами позволили расчленить осадочные толщи на литостратиграфические горизонты по отдельным гайотам, увязать их во времени с единой геохронологической шкалой и выделить палеогеографические этапы развития Магеллановых гор.

КРАТКИЙ ОБЗОР ТЕКТОНИЧЕСКИХ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ ПО ИССЛЕДУЕМОМУ РАЙОНУ

Подводная вулканическая гряда Магеллановых гор не имеет общего цоколя, а сами гайоты разделены межгорными глубокими впадинами. Дно сопредельных абиссальных котловин Сайпан и Пигафетта формировалось со средней юры в ходе сдвиго-надвиговых процессов или рассеянного спрединга и является наиболее древним участком океанической коры с возрастом 150–170 млн лет [23, 29]. Цепь Магеллановых гор приурочена к субширотной разломной зоне Огасавара, которая может быть древней рифтовой долиной [23]. Она имеет ширину до 150 км и отчетливо выраженные борта. Возраст абиссальной плиты к югу от разломной зоны Огасавара в котловине Сайпан — позднеюрский (скв. 802 ODP), а к северу в котловине Пигафетта — среднеюрский (скв. 801 ODP). В этом контексте Магеллановы горы можно рассматривать как более молодую, наложенную структуру.

Временной этап становления структур Магеллановых гор определяется по-разному. Ряд исследователей считает, что он пришелся на границу юры и мела [5]. По другим источникам это происходило на рубеже готерива–баррема [3] или в апт–альбское время [27]. Их возраст по палеомагнитным данным оценивается интервалом 129–72 млн лет [29, 34]. Новые изотопные датировки магматических пород показали, что гайоты Альба, Говорова и Коцебу могли начать свой рост со среднего мела (поздний баррем) [31]. Это хорошо согласуется с вышеуказанными палеомагнитными данными и указывает, что вулканический пьедестал и цоколь сформировались за достаточно короткое время.

Первоначально предполагалось, что формирование внутриплитовых вулканических гор связано с активизацией тектонической и вулканической деятельности на рубеже юры и мела, в процессе которой развивались многочисленные линейные разрывные нарушения [8]. Разломы, выделяемые по осям отрицательных магнитных аномалий, рассматривались как зоны дробления и гидротермальной проработки магматических пород. Горизонтальное смещение блоков океанской плиты по разломной зоне Огасавара составляет около 500 км, что позволяет говорить о трансформной природе этой зоны [3].

Согласно А. Копперсу с соавторами [27], Магеллановы горы возникли в результате прохождения тихоокеанской плиты над горячей точкой SOPITA, в результате чего образовалась цепочка гор, возраст которых нарастает с востока на запад. Эти же авторы в пределах Магеллановых гор выделяют, по крайней мере, две возрастные цепи. Первая — гайот Скорняковой (МА-10) – гайот Федорова (ИОАХ) и на отрезке Альба (Влиндер) – Федорова ими датируется альбом–коньяком. Вторая, приуроченная к гайотам Ита-Май-Тай — Геленджик (МЖ-37б) и более южным гайотам, датируется аптом. Такое нелогичное распределение возрастов для тектоники плит заставляет цитируемых авторов предполагать происхождение второго участка от иной «горячей» точки. Близкие воззрения, основанные на положениях глобальной тектоники и дрейфа от точки SOPITA, высказывались и другими исследователями [3, 9, 17, 18].

Смут Н. [36] выдвинул гипотезу мегатрендов, являющихся зонами разгрузки напряжений на земной поверхности и представленных комбинациями разломных зон, линейных поднятий и подводных гор, нередко протягивающихся через весь океан. По его мнению, активное извержение магм в меловой период создало многие вулканические плато и поднятия Тихого океана. Исходя из этих представлений, находящееся к северу от района Магеллановых гор поднятие Маркус- Уэйк находится на пересечении мегатрендов Маршалла–Гилберта и Мендосино–Сервейер [36]. Поднятие Маршалловых островов лежит в зоне мегатренда Маршалла–Гилберта, а Магеллановы горы находятся за пределами мегатрендов и являются оперяющей структурой этого мегатренда. Механизм мегатрендов связан с дроблением океанических плит в зонах с наибольшей кривизной поверхности Земли.

Согласно Уткину В.П. с соавторами [20], в происхождении гайотов Магеллановых гор определяющую роль играли сдвиговые дислокации различных рангов, закономерно подчиненных и проявленных в пликативных и дизъюнктивных формах. Они подразделяют всю цепь Магеллановых гор на широтные ареалы, считая их антиклинальными сводами. По-нашему мнению, авторами проигнорирована меридиональная составляющая структур, наиболее отчетливо выраженная в рельефе. Кроме того, в желании все поделить на широтные участки, авторы разделяют гайоты Ита-Май-Тай и Геленджик, образующие единый вулканотектонический массив, а также игнорируют единую меридиональную структуру гг. Федорова — Ита-Май-Тай — Геленджик — Бутакова и, напротив, выделяют структуру явно более низкого ранга Ита-Май-Тай — Затонского.

С позиции Гаврилова А.А. [4] Магеллановы горы рассматриваются как часть кольцевой мегаструктуры центрального типа, в которой западное звено формирует север кольца, восточное — восток. Механизм формирования таких структур обычно связывают с явлениями мантийного диапиризма.

Проведенный анализ показал, что нет общей точки зрения на происхождение Магеллановых гор, хотя наметилась тенденция понимания важности роли тектонического фактора в этом процессе. Ниже рассмотрены примеры отражения тектонических и вулканических событий на рельеф и условия седиментации исследуемого района.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Рельеф. До недавнего времени было принято считать, что основные морфологические черты гайотов Магеллановых гор были сформированы в позднем мелу в результате магматической деятельности [5, 13]. Однако среднемасштабная батиметрическая съемка дна (1:200000) заставила пересмотреть эти взгляды, так как выявила многообразие форм кайнозойского мезорельефа [10, 12]. Участие тектонического фактора, помимо вулканизма, в образовании Магеллановых гор прослеживается уже на уровне их пространственного положения. Прежде всего, цепь Магеллановых гор состоит из двух крупных звеньев — Западного и Восточного. Оба звена обладают различной линейной направленностью главных структур, а также каждое из них отличается своими морфологическими характеристиками. Граница между ними проходит по линии между гайотами Федорова и Паллада, соединяя впадины Пигафетта на северо-востоке и Сайпан на юго-западе (см. рис. 1). Западное звено в целом имеет субмеридиональную ориентацию, простираясь от 149° до 155° в.д. и от 15° до 19° с.ш. Гайоты Западного звена, включая Говорова, Гордина, Скорняковой, Ильичева, Коцебу и Вулканолог, образуют единый вулканотектонический массив в пределах изобат от 5500 до 4700 м. В этом звене выделяются три субширотных линии, по которым группируются основные горные сооружения (см. рис. 1). Северная объединяет гайоты Говорова, Вулканолог и Коцебу, на центральной лежат гайоты Скорняковой, Гордина, Ильичева и Альба, к южной можно отнести гайоты Пегас и Паллада. Восточное звено ориентировано меридионально и заключено между 155°30′ – 158°00′ в.д. и 10°30′ – 14°30′ с.ш. (см. рис. 1). Оно включает гайоты (с севера на юг) Федорова, Ита-Май-Тай, Геленджик, Бутакова, Грамберга, Затонского и Ариранг. Конечно, такое географическое районирование гайотов носит условный характер, и могут быть предложены другие варианты.

Все гайоты цепи можно условно разделить на две группы по морфологическим характеристикам. В первую входят относительно простые структуры, в целом соответствующие классическим представлениям о гайотах (округлые основания, хорошо выраженные вершинные плато, покрытые чехлом осадков, выпукло-вогнутый профиль склонов). Ко второй группе относятся гайоты (Альба, Говорова, Коцебу) с неправильными угловатыми очертаниями, нередко с входящими углами, осложненными многочисленными сателлитными постройками и отрогами. Гайоты первой группы, главным образом, находятся в Западном звене, а гайоты второй группы преимущественно образуют Восточное звено.

Новые данные по гравиметрии и магнитометрии [21] доказывают, что современная земная кора в районе Магеллановых гор разбита сетью глубинных разломов субширотных и субмеридиональных направлений и ее основные векторы хорошо согласуются с планетарной регматической сетью [1, 27]. В качестве наиболее ярких примеров наличия системы разломов широтного направления можно привести северные и южные склоны гайотов Федорова, Пегас, Ильичева и Паллада. Также можно отметить восточные отроги гайотов Грамберга и Ита-Май-Тай. В некоторых случаях системы вулканических осложняющих построек группируются в линеаменты субширотного простирания. Такая ситуация отмечена в пределах южного купола гайота Бутакова. Меридиональная система в рельефе прослеживается наиболее ярко на западных и восточных склонах гайотов Бутакова, Альба, Пегас и Ильичева.

Среди мезоформ встречаются отроги, вулканические постройки, террасы, уступы, радиальные грабены, ложбины и др. Наиболее широко развиты вторичные вулканические постройки, представленные конусами и куполами. У первых развита пикообразная вершина, у вторых — вершина сглаженная, более пологая, чем склоны. Формы оснований и тех, и других чаще округлые. Поперечные размеры основания конусов и куполов изменяются в весьма широких пределах — от первых сотен метров до 10 км. Вместе с тем доминируют постройки (83%) с поперечными размерами основания в интервале 1.0–2.5 км и площадями — 1–6 км². Относительная высота конусов варьирует от 100 до 650 м, а куполов — от 50 до 400 м. Вулканические постройки могут присутствовать на гайотах в большом количестве — несколько десятков и даже более сотни на одном гайоте. Наиболее широко конусы и купола развиты в Западном звене на крупных гайотах Говорова и Коцебу (22 построек на 1 тыс. км²). С другой стороны, частота встречаемости на гайотах Грамберга, Ильичева, Затонского составляет менее 3 построек на 1 тыс. км². Проведение детальной батиметрической съемки (1:50 000) отдельных гайотов позволило выявить еще большую интенсивность развития подобных форм на единицу площади.

Купола и конусы могут преобладать на склонах или отрогах, но чаще они покрывают вершинные плато. Группа из пяти конусов локализована на плато гайота Альба [12]. Крупнейший из них расположен ближе к северо-восточному отрогу, имеет диаметр основания 5.1 км, а высоту около 750 м (рис. 2). Над ним зафиксирована и минимальная отметка над гайотом — 551 м. Геологическое опробование поверхностей конусов не оставляет сомнения в их вулканическом происхождении, поскольку они сложены щелочными базальтоидами, их туфами и туффитами. Геологический возраст структур был определен как среднемиоценовый на основе К-Ar и биостратиграфического метода [12]. Следует добавить, что конуса попарно расположены на продолжении сбросов — уступов, ограничивающих локализованный на северном склоне гайота радиальный грабен (см. рис. 2). Это, с одной стороны, позволяет предположить, что они образуют единую систему, а с другой — вероятно, и образование грабена можно датировать средним миоценом. На гайоте Говорова выделен протяженный линеамент, представляющий собой цепочку, более 30 км, вулканических конусов и куполов, вытянутую вдоль северо-восточной бровки вершинного плато [12].

 

Рис. 2. Группа вулканических конусов на вершинном плато гайота Альба

 

Сателлитные постройки с диаметром основания до первых десятков километров весьма характерны для больших гайотов Магеллановых гор (Паллада, Альба, Федорова и др.). По морфологии они могут также иметь островершинную, выровненную или куполовидную форму. Своеобразное строение имеет как сам гайот Вулканолог, так и его сателлиты. Вытянутые и протяженные отроги придают основной постройке вид усеченной четырехгранной пирамиды. В форме трехгранных пирамидальных построек представлены и два его сателлита, расположенные к востоку и юго-западу от центрального массива. В генетическом отношении ряд сателлитных построек на гайотах Говорова, Альба могут рассматриваться как тектонические отторженцы [27].

На тектоническую активность в кайнозое указывает и наличие радиальных грабенов, представляющих структуры «проседания». Такие структуры образованы за счет сползания блоков с краевых участков вершинного плато. На участках склонов внутри грабенов, представляющих собой зеркала скольжения, обнажаются относительно древние породы — меловые базальты и рифогеннные известняки. Пример радиального грабена показан на северном склоне гайота Альба (см. рис. 2). Образование подобных структур связывают с интрузивной фазой развития, когда в тело гайотов внедряются лакколиты [37]. На гайотах Бутакова и Гордина отмечены комбинации радиальных грабенов, протягивающихся вдоль бровки вершины на 12–22 км. Более полная характеристика мезоформ на гайотах Магеллановых гор нами дана ранее [6, 12].

Магматические породы. Выделение последовательности вулканических комплексов Магеллановых гор позволило установить: иерархическую соподчиненность в структуре гайотов, время их формирования и место каждого в глобальной шкале палеогеографических событий. На основе анализа данных по радиоизотопному датированию (107 определений K-Ar и Ar-Ar) (рис. 3) магматических и осадочных пород и материалов глубоководного бурения нами на гайотах Магеллановых гор выделены 5 крупных возрастных вулканических комплексов: 1) позднеюрско–раннемеловой (160–140 млн лет назад?); 2) раннемеловой (поздний баррем (?) – апт–альбский — 127–96 млн лет назад); 3) позднемеловой (позднесеноман (?) – турон–раннекампанский — 95–76 млн лет назад); 4) позднемеловой (позднекампан–маастрихский — 74–66 млн лет назад); 5) Кайнозойский (66 млн лет назад — ныне) [19]. Каждый из них по времени соответствует определенному временному этапу эволюции Магеллановых гор и занимает структурную нишу в строении гайотов (пьедестал, цоколь, вторичные купола и конуса). Наиболее древний комплекс пока датирован условно ввиду отсутствия геологического материала. Его время оценивается косвенно, исходя из общих региональных представлений. Скв. 801 ODP в соседней котловине Пигафетта вскрыты снизу вверх: толеитовые базальты среднеюрского (171.5 ± 1.15 млн лет назад) возраста; щелочные силлы позднеюрского (157.4 ± 0.5 млн лет назад) и вулканокластические турбидиты апт–раннесеноманского возраста [23, 33]. Первая дата отражает возраст абиссальной плиты, где на месте будущих Магеллановых гор вплоть до аптского времени преимущественно накапливались красные глубоководные глины.

 

Рис. 3. Время проявления вулканизма на гайотах Магеллановых гор [19]

 

Первый комплекс формирует нижнюю часть основания гайота, которая возвышается над дном почти на 2000 м. Вероятно, он сложен дифференцированными толеитами гавайского типа. Наиболее древние магматические породы на гайотах Альба, Говорова и Коцебу датированы в интервале 127–124 млн лет назад (поздний баррем — начало апта) [31]. Вулканиты 2-го комплекса залегают на 1500 м выше первого комплекса и образуют основное тело гайотов. Они представлены разнообразными субщелочными и щелочными базальтами. Вулканиты 3-го комплекса сформированы достаточно выдержанными по минералогическим и химическим особенностям породами, которые относятся к формационно-геохимическому типу вулканитов океанических островов и поднятий вулканического происхождения [6]. Большая его надводная часть, по-видимому, была разрушена последующей абразией и денудацией. В пользу этого указывает то, что наибольшее количество каменного материала было поднято со склонов подводных гор.

Образования 4 и 5-го вулканических комплексов — вторичные вулканические купола и конуса, которые осложняют поверхность гайотов. Они возникли в самом конце мела и кайнозое во время очередных тектономагматических активизаций (см. рис. 3). Японские исследователи происхождение таких вулканических «petit-spot» структур связывают с разломами, возникающими при погружении плиты в желоб [24]. Проведенный нами анализ площадного распределения вулканических мезоформ на гайотах Магеллановых гор и поднятия Маршалловых о-вов показал, что на разноудаленных от желоба гайотах Говорова и Рыкачева (см. рис. 1) их самая высокая плотность составляет 22.1 ед./тыс. км² и 23.8 ед./тыс. км² соответственно. А на ряде гайотов отмечается низкая плотность таких построек: Ита-Май-Таи — 5 ед./тыс. км², Ильичева — 3 ед./тыс. км² и Грамберга — 1.5 ед./тыс. км². Таким образом, не отмечено какой-либо линейно-возрастной упорядоченности с запада на восток [6]. В кайнозое нами отмечены эоценовые и неогеновые генерации вторичных вулканических структур. Мы полагаем, что образование вулканических конусов и куполов отражают самостоятельный вулканотектонический этап всей цепи Магеллановых гор.

Эруптивная деятельность приводила к росту горных сооружений и определяла «регрессивный» характер осадконакопления в исследуемом районе. Эвстатические колебания уровня океана усиливали или ослабляли эти процессы. Например, первая позднемеловая трансгрессия достигала своей кульминации в туронское время, когда уровень моря в эпиконтинентальных бассейнах поднимался на 150–200 м [30]. На Магеллановых горах в это же время фиксируется регрессивная фаза осадконакопления за счет вулканизма (3-ий вулканический комплекс) [19].

Осадочные породы. Осадочный чехол наиболее изучен на гайотах Федорова, Ита-Май-Тай, Геленджик, Бутакова, Говорова и Альба. Строение осадочных разрезов Западного и Восточного звена имеет сходные возрастные комплексы и близкий набор литологических пород в них. На основе биостратиграфического анализа выделены следующие возрастные комплексы: апт — сеноман, сантон — маастрихт и поздний палеоцен — эоцен [6, 15]. Венчают геологический разрез нелитифицированные осадки неоген–четвертичного возраста. В олигоцене — раннем миоцене (?) отмечен региональный стратиграфический перерыв осадконакопления (рис. 4).

 

Рис. 4. Сводный геологический разрез гайотов Федорова и Бутакова

 

В основании осадочного чехла залегают рифогенные известняки и мелководные терригенные породы апт–альбского возраста [16]. Они занимают верхнее плато гайотов и их периферию. Глубже, до изобат 2000–3000 м, залегают позднемеловые и палеогеновые (нанофораминиферовые) известняки и эдафогенные брекчии. Еще ниже по склону они сменяются различными обломочными отложениями, размерность которых уменьшается вниз к подножию гайотов.

На основе соотношения представителей мелководной макрофауны (кораллы, морские ежи и др.) и планктонных фораминифер установлены «регрессивные» и «трансгрессивные» фазы развития гайотов Магеллановых гор, которые нашли свое отражение в цикличности формирования осадочных пород. Трансгрессии (поздний альб — сеноман, поздний кампан — средний маастрихт, начало раннего эоцена, олигоцен, поздний кайнозой) и регрессии (апт, коньяк — сантон, поздний маастрихт — ранний палеоцен) контролировали темпы и характер седиментации. В регрессивные эпохи расширяются площади мелководного осадконакопления, а в мелу возникают даже перерывы седиментации. Появление меловых пелагических известняков на гайотах связано с резким повышением уровня океана во время эвстатических (позднеальб–сеноманской и позднекампан–маастрихтской) трансгрессий. Повышением уровня океана в это время на 150–200 м вызвало затопление пониженных участков рифов надводных гор и усилило вынос мелководных отложений в соседние глубоководные котловины. В раннем палеогене происходит незначительное опускание гайотов, и только в олигоцене они погружаются на 1000–1500 м.

Значительный объем работ был выполнен по определению возраста отдельных слоев в разрезах рудных корок Магеллановых гор на основе планктонных фораминифер [11]. Показано, что развитие корок — процесс длительный (поздний мел — плейстоцен) и дискретный во времени: периоды формирования слоев разделены перерывами протяженностью несколько миллионов лет. Наиболее длительный перерыв роста корок отмечен в олигоцене и раннем миоцене. Отмечается выдержанность единого временного разреза корок не только в пределах Магеллановых гор, но и на соседних гайотах поднятий Маркус-Уэйк, Уэйк-Неккер и Маршалловых островов [11]. Это позволяет сделать важный вывод о стадийности процесса роста рудных корок в исследуемом регионе. Время активного роста рудных корок в мелу и палеогене хорошо совпадает с «трансгрессивными» фазами развития гайотов. Примечательно, что рудогенез корок происходил в совершенно разных океанологических обстановках – «теплого» позднего мела и относительно «холодного» позднего кайнозоя. Гайоты одновременно испытали вертикальное смещение, вызванное изостатическим и тектоническим оседанием, которое подвергло их воздействию водных масс, имеющих различный химический состав. Тем не менее это не повлияло на прекращение процессов рудогенеза на подводных горах. Возможными триггерами возобновления роста Co-Mn корок могли быть глубинные эндогенное тепло и газогеохимические потоки, которые путем сложного взаимодействия океанологических и биологических процессов создавали в экосистемах над гайотами благоприятные условия для рудогенеза коркового типа.

Анализ показательных видов планктонных фораминифер в осадочных разрезах отдельных гайотов Магеллановых гор показал, что в ископаемой фауне подтверждена почти полная последовательность смен субглобальных биозон по данной ископаемой группе для позднего палеоцена — эоцена и позднего миоцена — плейстоцена [6]. Однако эта общая последовательность может нарушаться при сравнении локальных биозон двух соседних гайотов. С одной стороны, эти факты свидетельствуют, что седиментация пелагических осадков с позднего палеоцена была устойчивой, за исключением олигоценового перерыва. С другой стороны, диахронность границ кратковременных перерывов осадконакопления указывает, что особенности рельефа и своеобразие придонной гидродинамики на каждом из гайотов могли нарушать единую пространственно-временную модель осадконакопления на Магеллановых горах.

ОБСУЖДЕНИЕ

До сих пор нет единого мнения в вопросе генезиса линейных вулканических цепей на океанических плитах, хотя и имеются различные модели их образования (см. выше). Гипотеза «горячих точек» подкупает, на первый взгляд, своей стройностью, но полученные нами геологические данные по Магеллановым горам противоречат ряду ее положений. Во-первых, это рассогласованность биостратиграфических и радиоизотопных определений возраста горных пород. Парадоксально, но по органическим остаткам осадконакопление на ряде гайотов Федорова, Бутакова, Паллада началось раньше, чем формирование их вулканического цоколя [6]. Во-вторых, начало мелководной седиментации в апте–альбе фиксируется одновременно на гайотах как Западного, так и Восточного звена, то есть отсутствует линейный тренд увеличения возраста гайотов с востока на запад. Нет и предполагаемой тенденции к заглублению вершин гайотов по мере остывания (опускания) и продвижения океанской плиты в западном направлении. Напротив, мы видим последовательное увеличение глубин вершин плато гайотов Восточного звена с севера на юг: бровка плато г. Федорова на западной вершине расположена на глубине 1800 м, г. Ита-Май-Тай — 2000 м, г. Геленджик — 2100 м и г. Бутакова — 2650 м.

Поэтому неслучайно в последние годы вновь вернулись к идеям Белоусова В.И. [2], что формирование линейных цепей подводных гор возможно связано с глубинной разломной тектоникой. Появление горных сооружений Магеллановых гор могло быть обусловлено взаимодействием тектонических подвижек (вертикальных и горизонтальных) вдоль разрывных нарушений и внутриплитового магматизма вдоль зон повышенной проницаемости. Здесь главным энергетическим источником горообразования выступает уже не стационарный мантийный очаг, а пульсирующий поток тепловой энергии и магмы через реактивацию глубоких тектонических трещин. Образование тектонических трещин связывают, в основном, с деформацией океанической коры, в которой создаются зоны сжатия и растяжения [17, 35]. Подводные горы и разделяющие их межгорные котловины рассматриваются как результат компенсации тектонических напряжений в океанической коре.

Принято считать, что главным горообразующим фактором формирования гайотов Магеллановых гор был вулканизм [13]. Однако ряд исследователей признавал значительную роль и тектоники [7, 35, 36]. Так, Смут Н. [36] полагает, что тектонические процессы являлись факторами образования глобальных структур, в то время как появление отдельных подводных гор было результатом вулканических излияний. Морфологические различия Западного и Восточного звена позволяют их считать в качестве самостоятельных тектонических структур. Средне- и крупномасштабные съемки рельефа показали, что очертания многих гайотов Магеллановых гор являются не округлыми, а угловатыми, и направление изобат на отрезках между перегибами склонов преимущественно линейное [1, 6]. В дополнение, вторичные вулканические образования часто образуют цепи, вытянутые вдоль линейных разрывных нарушений (см. раздел рельеф). Приведенные нами примеры на разном масштабном уровне позволяют рассматривать тектонику как составную часть общего горообразовательного процесса, а отдельные крупные гайоты могут быть приподнятыми блоками океанского дна. Впервые на глыбовую природу гайотов Магеллановых гор указал академик И.П. Герасимов [7]. Позже построение деформационного поля напряжений Петуховым С.И. с соавторами [14] позволило обосновать блоковую модель строения ряда гайотов Западного звена Магеллановых гор. Эти же авторы предполагают, что блоковый подъем происходил по широтным разломным зонам, а снятие напряжений было отмечено меридиональными обрушениями.

Новые данные по изучению осадочных пород показали, что последовательность условий седиментации на Магеллановых горах была не совсем такой, как это представлялось ранее [28, 32, 34]. Судя по нашим палеонтологическим находкам, первые осадочные образования на Магеллановых горах в Западном и Восточном звене начинают формироваться одновременно в мелководной обстановке начиная с аптского времени [6]. К этому времени облик будущих гайотов не только успел оформиться, но и над ними возникли нормальные морские условия для развития биогермов. Колебания уровня моря имели место, однако относительно мелководная среда сохранялась гораздо более долгое время, чем это считалось ранее — возможно, вплоть до среднего эоцена. Этому обстоятельству способствовало широкое развитие в кайнозое вторичных вулканических структур с высотами до 300–500 м. В позднем мелу и начале палеогена палеогеографическая обстановка определялась сложным взаимодействием процессов вулканизма, изменением уровня моря, абразией и рифообрастанием. Смена мелководных на более глубоководные условия за счет эвстатики и вулканизма привела к циклическому накоплению сходных вещественных комплексов пород в геологическом разрезе, представленных чередованием рифогенных и пелагических известняков, эдафогенных брекчий и грубозернистых пород (см. рис. 4). В «регрессивные» эпохи пелагическое осадконакопление в привершинных частях гайота сокращалось или полностью прекращалось. В конце сеномана и туроне активизация вулканизма Магеллановых гор привела к росту горных сооружений и регрессии, хотя в это же время развивалась планетарная трансгрессия [30]. Формирование плосковершинных гор-гайотов происходило в мелу за счет абразии и денудации, а в кайнозое — путем заполнения осадками отрицательных форм рельефа на вершинном плато. Во второй половине палеогена (олигоцене) и раннем миоцене отмечено общее тектоническое погружение гайотов. Верхнемиоценовые комплексы бентосных фораминифер вершинных частей гайотов приобретают экологический облик, близкий современной фауне [6].

Начало «трансгрессивных» фаз развития Магеллановых гор сопровождалось резкими изменениями водной толщи. На сквозной характер этих процессов и охват ими всей океаносферы указывает перманентное нарастание слоев кайнозойского разреза рудных корок на Магеллановых горах, поднятиях Уэйк и Маршалловых островов. Их рост по времени удивительным образом совпадает с началом выделенных нами «трансгрессивных» фаз [11]. Хотя проблема генезиса рудных образований на Магеллановых горах вызывает много споров, но их прерывистый рост определенно как-то связан с возобновлением магматизма и резкой сменой океанологической среды.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Полученные нами геологические данные по горным породам позволяют документировать хронологию событий Магеллановых гор только с аптского времени, когда горные сооружения начали выходить из воды и представляли собой архипелаг островов с большим перепадом глубин до дна. Этот вывод хорошо согласуется с данными по радиоизотопным возрастам магматических пород на гайотах Альба, Говорова и Коцебу, среди которых наиболее ранние даты (инт. 127–124 млн лет назад) соответствуют границе позднего баррема и апта [31]. Основные морфологические черты гайотов в апт–альбе уже сформировались, но в процессе дальнейшей седиментации их нижние и средние части были покрыты осадками и стали труднодоступными для методов геологического опробования, кроме бурения. Дно Восточно-Марианской котловины выстилают толеитовые базальты и долериты средней юры во впадине Пигафетта и поздней юры во впадине Сайпан. В среднеюрское–меловое время во впадине Пигафетта преимущественно накапливались биокремнистые глины, и только дважды, в апт–альбское и кампан–маастрихтское время, эта седиментация прерывалась накоплением аллохтонного вулканомиктового материала с остатками мелководной фауны — как результат выноса продуктов разрушения с гайотов Магеллановых гор за счет денудации и абразии. В позднем барреме — апте в результате сдвиго-надвиговой тектоники или рассеянного спрединга на фрагменте старой тихоокеанской плиты вдоль разломной зоны Огасавара формируются вулканические основания и цоколи будущих гайотов Магеллановых гор. В позднем мелу и начале палеогена морфологический облик гайотов определялся сложным взаимодействием процессов вулканизма с изменением уровня моря, процессами абразии и рифообрастания. По-видимому, гайоты Магеллановых гор можно рассматривать как вулканотектоническое образование. В пользу это указывает длительная с перерывами созидательная роль вулканизма, который прослежен на хорошо изученных гайотах Альба, Говорова, Бутакова в течение почти 100 млн лет. Тектонические процессы через трещины вызывали оживление подводящих магматических каналов, а в конце мела–кайнозое определили появление на поверхности гайотов новых мезоформ рельефа в виде вулканических конусов и куполов с высотой 300–500 м, террас, уступов и радиальных грабенов. Возобновление вулканизма на Магеллановых горах нашло свое отражение в цикличном строении осадочного чехла, лито- и биостратиграфических перерывах и дискретном нарастании рудных корок.

Дальнейшие исследования могут внести коррективы в представленный сценарий развития Магеллановых гор. Гальмиролиз вызывает вторичные изменения магматических пород, что часто приводит к искажению изотопных сигналов и истинного возраста образца. Полнота геологических разрезов определяется частотой и доступностью драгирования и в нашем случае не исключает стратиграфических пропусков.

Источники финансирования. Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования, тема: «Палеоокеанология и палеоклиматология окраинных морей Востока Азии и примыкающих районов Северного Ледовитого и Тихого океанов, современное и мезозойско-кайнозойское осадконакопление, геодинамика, магматизм и рудогенез» (№ госрегистрации 121021700342-9), а также в соответствии с проектом «Геосистемы и минеральные ресурсы переходных зон ʺконтинент–океанʺ и открытого океана» (ГЕОМИР) в рамках Десятилетия ООН «Науки об океане в интересах устойчивого развития (2021–2030 гг.)».

Об авторах

С. П. Плетнев

Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева ДВО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: pletnev@poi.dvo.ru
Россия, Владивосток

В. Т. Съедин

Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева ДВО РАН

Email: pletnev@poi.dvo.ru
Россия, Владивосток

Список литературы

Дополнительные файлы