Geophysical investigations in the Eastern Indian Ocean in cruise SO258/2 of RV Sonne (Germany)

Full Text

С 12 июля по 17 августа 2017 г. выполнен рейс SO258/2 немецкого научно-исследовательского судна (НИС) «Зонне» по маршруту Коломбо– Коломбо (Шри-Ланка) (рисунок) в рамках исследовательского проекта INGON («Разделение Индии и Антарктиды при расколе Гондваны»). Основная цель проекта — исследование магматических и тектонических процессов, которые вызывают и сопровождают раскол континентов и образование океанических впадин на примере Индийско-Антарктического раскола примерно 150 млн лет назад. Проект выполняется Центром морских исследований ГЕОМАР (Киль) и Институтом полярных и морских исследований Альфреда Вегенера (АВИ) (Бремерхафен). Целью всего рейса SO258 INGON была проверка современных кинематических/геодинамических моделей отделения Индии от Антарктиды и скорости дрейфа Индийской плиты на основании комплексирования полученных геофизических и петрологических результатов. На первом «геологическом» этапе (рейс SO258/1) ГЕОМАР выполнил батиметрическую съемку и геологическое опробование подводных поднятий восточной части Индийского океана. В этом сообщении приводится информация о геофизических исследованиях в восточной части Индийского океана на втором этапе (рейс SO258/2). Основные пункты его программы: определения возраста океанского дна и строения переходной зоны континент-океан к югу от Шри-Ланки, а также глубинной структуры хребта 85° в. д. Выяснение его природы необходимо для понимания истории разделения Индии и Антарктиды при расколе Гондваны. Важно ответить, когда начался этот раскол; был ли он инициирован горячей точкой, создавшей базальты траппов Раджмахал (голова плюма) и хребта 85° в. д. (хвост плюма); начался быстрый дрейф Индии/Шри-Ланки при этом расколе или 67 млн лет назад в результате другого процесса.

 

Рис. Схема маршрута рейса SO258/2 немецкого НИС «Зонне» в восточной части Индийского океана. Показано положение предполагаемого хребта 85° в. д.

1 — маршрут первого «геологического» этапа (рейс SO258/1); 2 — профили магнитометрия, гравиметрия, сейсмоакустика и батиметрия; 3 — профиль ГСЗ; 4 — профиль ГСЗ + многоканальное сейсмопрофилирование; 5 — сухопутный участок профиля ГСЗ.

 

Начальником рейса SO258/2 был старший научный сотрудник В. Гесслер (АВИ). В научный состав входили 26 ученых, специалистов и студентов из 7 стран (Австрия, Великобритания, Германия, Россия, Франция, Шри-Ланка и Япония). В рейсе участвовал ведущий научный сотрудник Института океанологии им. П. П. Ширшова РАН (ИО РАН) О. В. Левченко, и при выполнении работ учитывались результаты, ранее полученные в регулярных геолого-геофизических рейсах ИО РАН.

Непрерывная геофизическая съемка включала магнитометрию, гравиметрию, батиметрию, сейсмоакустическое профилирование и выполнялась по всему маршруту судна на скорости 10–13 узлов на участке от 6° с. ш. до 3.5° ю. ш. и от 81° до 84° в. д. Было выполнено восемь меридиональных профилей протяженностью по 600 миль в коридоре шириной около 140 км, два СЗ–ЮВ профиля (по 250 миль), два ЮЗ–СВ профиля (по 100 миль) и несколько коротких связующих профилей (рисунок). Два протяженных (по 1000 миль) западных профиля продолжались далеко южнее 11° ю. ш. Общая протяженность геофизических профилей составила около 6500 миль (~12 000) км.

Магнитометрия. Главным приоритетом рейса SO258/2 было изучение магнитного поля Земли к югу от Шри-Ланки. Использовались два типа магнитометров: буксируемый SeaSpy2 (удаление гондолы от судна 690 м) и установленный на судне трехкомпонентный STCM SFG-1211 (Tierra Technica, Япония). Измерялись три компоненты геомагнитного поля с частотой дискретизации 8 Гц. Магнитная съемка рейса SO258/2 в сочетании с имеющимися данными из Антарктиды позволит впервые создать репрезентативную кинематическую модель для изучаемого исторического периода. Полученные новые магнитные данные позволят подтвердить или опровергнуть существование мезозойских магнитных аномалий южнее Шри-Ланки. Два протяженных профиля юго-западнее поднятия Афанасия Никитина в пределах более молодого участка морского дна позволят уточнить, когда начался ускоренный (~18 см/год) дрейф Индийской плиты.

Гравиметрия. Для определения глубинного строения измерялось поле силы тяжести высокоточным морским гравиметром Bodenseewerke KSS32-M. В рейсе SO258/2 регистрировались относительные гравитационные аномалии в свободном воздухе и аномалии Буге, которые будут пересчитаны в абсолютные значения. Привязка прибора выполнена на опорном пункте в Коломбо перед рейсом и после его завершения. Окно сглаживания данных 174 сек. Объем полученных данных 454.5 Мб в формате ASCII файл.

Батиметрия. Кроме отображения детального рельефа океанского дна, данные многолучевой батиметрии рейса SO258/2 также необходимы для анализа полученных магнитных и гравиметрических данных. Судовой глубоководный многолучевой эхолот Kongsberg EM122 оснащен большой антенной размерами 16×8 м, в которой осуществляется фокусировка до 288 лучей. Продольная и поперечная ширина луча 0.5° и 1.0°, сектор обзора 140°. Это обеспечило высокую плотность и разрешающую способность данных и большую ширину покрытия в полосе шесть глубин воды (до 30 км).

Сейсмоакустика. Судовой узколучевой параметрический профилограф Atlas Parasound DS3 (P70) излучает акустические сигналы мощностью 70 кВт, что обеспечивает максимальную глубину проникновения 200 м в слабоконсолидированных отложениях. В рейсе SO258/2 проникновение не превышало 100 м при частоте сигнала 4 кГц.

Глубинное сейсмическое зондирование (ГСЗ) было еще одним важным методом исследования глубинного строения коры в рейсе SO258/2. Меридиональный профиль вдоль 81° в. д. начинался в глубоководной Центральной котловине, пересекал континентальный склон и шельф Шри-Ланки и заканчивался на суше (рисунок). Его длина 375 км; было установлено 30 донных сейсмографов (ДС) с шагом 11.5 км и 15 сейсмографов на суше с шагом 3–7 км. Сейсмические сигналы возбуждались 8 пневмопушками объемом по 8.5 л (общий объем источника 68 л, рабочее давление 200 атмосфер). Две группы из 2×2 пушек буксировались на расстоянии 40 м за кормой судна на глубине 10 м, интервал излучения 60 сек. На втором профиле ГСЗ СЗ–ЮВ простирания поперек хребта 85° в. д. длиной примерно 340 км были расставлены 21 ДС с шагом 13.5 км (рисунок).

Многоканальное сейсмическое профилирование было выполнено на втором профиле ГСЗ СЗ–ЮВ простирания с цифровой 240-канальной косой SERCEL 408 (активная длина 3000 м). Глубина буксировки косы 10 м контролировалась с помощью специализированной программы Digicourse и регулировалась с помощью устройств Digibirds, расположенных через 300 м. Профилирование выполнялось на скорости 4–5 узлов, что позволило проследить детально с высоким разрешением строение осадочного чехла, морфологию базальтового фундамента и рефлекторы внутри него. Все собранные в рейсе SO258/2 геофизические данные сейчас хранятся в отделе геофизики АВИ и будут переданы в базы данных. После опубликования первичных научных результатов можно уверенно говорить, что в результате выполненных в рейсе SO258/2 геофизических исследований будут получены принципиально новые представления о глубинном строении зоны перехода океан-континент южнее Шри-Ланки и гипотетического хребта 85° в. д. и о его природе.

Гидроакустическая съемка (мультибим и парасаунд) вносит существенный вклад в изучение эволюциии дна региона в позднем миоцене-квартере. Наиболее важными объектами являются: (1) Бенгальский фэн, крупнейший глубоководный конус выноса в Мировом океане и (2) область внутриплитных деформаций в Центральной котловине. Вплоть до 5° ю. ш. и даже южнее детально отображены как русла активных современных турбидных потоков, так и слоистые линзовидные тела более древних погребенных систем каналов и прирусловых валов, а также сильно деформированные тектонические блоки.

Источник финансирования. Рейс НИС «Зонне» SO258/2 выполнялся по проекту INGON при финансовой поддержке Министерства образования и науки ФРГ. Поддержка работы российского участника осуществлялась в рамках государственного задания (тема № 01492019-0006).

About the authors

O. V. Levchenko

Shirshov Institute of Oceanology, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: olevses@mail.ru
Russian Federation, Moscow

W. Geissler

Alfred Wegener Institute Helmholtz Centre for Polar and Marine Research

Email: olevses@mail.ru
Germany, Bremerhaven

Supplementary files