“Плоские пятна” в кайнозойских осадках котловины Нансена (Северный Ледовитый океан): индикаторы процессов серпентинизации, генерации газа и его аккумуляции

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Аномалии сейсмических данных типа “плоское пятно” в четвертичной части разреза осадков котловины Нансена интерпретируются как скопления газонасыщенных флюидов. “Плоские пятна” в основном расположены над поднятиями спредингового фундамента между магнитными аномалиями C20 (~43 млн лет) и C12 (~33 млн лет). Комплексный морфометрический анализ “плоских пятен” показывает, что области с процессами серпентинизации, выявленные при моделировании гравитационных аномалий, могут быть первоначальным источником газа. Этот процесс также обеспечивает сглаживание перепадов поднятий фундамента. Глубина верхней части “плоских пятен” под морским дном имеет практически постоянное значение ~390 м, что указывает на подъем газов с различных глубин фундамента к единому приповерхностному флюидоупору. Глубины аномалий под морским дном соответствуют теоретической толщине зоны стабильности газогидратов в исследуемом регионе. Гравитационное моделирование вдоль разреза Арктика-2011-03 показало положение блоков верхней мантии с более низкой (до 2.95 г/см3) плотностью в пределах поднятий акустического фундамента. Аномалии “плоских пятен” возникают над высотами фундамента, под которыми моделируются блоки с меньшей плотностью, типичные для серпентинизированных пород. Таким образом, серпентинизация ультраосновных пород верхней мантии считается основным геохимическим процессом, который может объяснить образование и накопление газа в океанической котловине при толщине осадочного чехла 1‒3 км, а также небольшие вертикальные перемещения блоков фундамента из-за уменьшения плотности и расширения серпентинизированной породы.

Об авторах

С. Ю. Соколов

Геологический институт РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: sysokolov@yandex.ru
Россия, 119017, Москва, Пыжевский пер., 7, стр. 1

W. H. Geissler

Alfred Wegener Institute Helmholtz Zentrum für Polar und Meeresforschung

Email: sysokolov@yandex.ru
Germany, 27568, Bremerhaven, Am Alten Hafen, 26

А. С. Абрамова

Геологический институт РАН

Email: sysokolov@yandex.ru
Россия, 119017, Москва, Пыжевский пер., 7, стр. 1

Д. А. Рыжова

Геологический факультет Московского государственного университета
имени М.В. Ломоносова

Email: sysokolov@yandex.ru
Россия, 119991, Москва, Ленинские горы, 1

И. С. Патина

Геологический институт РАН

Email: sysokolov@yandex.ru
Россия, 119017, Москва, Пыжевский пер., 7, стр. 1

Список литературы

  1. Арктический бассейн (геология и морфология) / Под ред. В.Д. Каминского, А.Л. Пискарева, В.А. Поселова. СПб.: ВНИИОкеангеология, 2017. 291 с.
  2. Астафурова Е.Г., Городницкий А.М., Лукьянов С.В., Мащенков С.П. Природа магнитных аномалий и строение океанической коры Срединно-Атлантического хребта и прилегающих котловин в пределах Канаро-Багамского геотраверса // Природа магнитных аномалий и строение океанической коры / Под ред. А.М. Городницкого. М.: Изд-во ВНИРО, 1996. С. 171‒202.
  3. Астафурова Е.Г., Гуревич Н.И., Даниэль Е.Д., Мащенков С.П. Сопоставление особенностей аккреции океанической коры при низкоскоростном и сверхнизкоскоростном спрединге // Российский журнал наук о Земле. 2000. Т. 2. № 3. С. 295‒301.
  4. Баранов Б.В., Лобковский Л.И., Дозорова Д.А., Цуканов Н.В. Система разломов, контролирующих метановые сипы на шельфе моря Лаптевых // Докл. РАН. 2019. Т. 486. № 3. С. 354‒358. https://doi.org/10.31857/0869-56524863354-358
  5. Булычев А.А., Зайцев A.Н. Программа для интерактивного двухмерного подбора плотностной среды по аномальному гравитационному полю // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2 008 611 947. Выдано 18.04.2008.
  6. Бургуто А.Г., Журавлев В.А., Заварзина Г.А., Зинченко А.Г. и др. Государственная геологическая карта Российской Федерации. Масштаб 1 : 1 000 000 (третье поколение). Серия Северо-Карско-Баренцевоморская. Лист S-(36),37 – Баренцево море (зап., центр. части). Объяснительная записка. СПб.: Картографическая фабрика ВСЕГЕИ, 2016. 144 с.
  7. Дмитриев Л.В., Базылев Б.А., Силантьев С.А. и др. Образование водорода и метана при серпентинизации мантийных гипербазитов океана и происхождение нефти // Российский журнал наук о Земле. 1999. Т. 1. № 6. С. 511‒519. https://doi.org/10.2205/2000ES000030
  8. Карта дочетвертичных образований. T-37-40 (Земля Франца-Иосифа, южные острова). Государственная геологическая карта Российской Федерации масштаба 1 : 1 000 000 (новая серия). Лист 1 / Ред. Б.Г. Лопатин. СПб.: ВНИИМоргео, МАГЭ, ПМГРЭ, 2004.
  9. Никишин А.М., Малышев Н.А., Петров Е.И. Основные проблемы строения и истории геологического развития Арктического океана // Вестник Российской Академии наук. 2020. Т. 90. № 5. С. 434‒446. https://doi.org/10.1134/S101933162003003X
  10. Соколов С.Ю. Деформации осадочного чехла Экваториальной Атлантики и их сопоставление с геофизическими полями // Геотектоника. 2017. № 1. С. 81–96.
  11. Соколов С.Ю., Абрамова А.С., Мороз Е.А., Зарайская Ю.А. Амплитуды дизъюнктивных нарушений флангов хребта Книповича (Северная Атлантика) как индикатор современной геодинамики региона // Геодинамика и тектонофизика. 2017. Т. 8. № 4. С. 769–789.
  12. Соколов С.Ю. Тектоника и геодинамика Экваториального сегмента Атлантики // Труды ГИН РАН. Вып. 618. М.: Научный мир, 2018. 269 с.
  13. Соколов С.Ю., Гейсслер В.Х., Абрамова А.С. Плоские пятна в котловине Нансена, связанные с ультрамедленным спредингом и серпентинизацией // Материалы XXIII Международной научной конференции (Школы) по морской геологии. Т. II. М.: ИО РАН, 2019. С. 190‒194.
  14. Старцева К.Ф., Никишин А.М., Малышев Н.А. и др. Геологическая и геодинамическая реконструкция Восточно-Баренцевского мегабассейна на основе анализа регионального сейсмического профиля 4-АР // Геотектоника. 2017. № 4. С. 51‒67.
  15. Физические свойства горных пород и полезных ископаемых (петрофизика). Справочник геофизика / Ред. Н.Б. Дортман. М.: Недра, 1984. 455 с.
  16. Хуторской М.Д., Ахмедзянов В.Р., Ермаков А.В. и др. Геотермия арктических морей // Тр. ГИН РАН. Вып 605. М.: ГЕОС, 2013. 232 с.
  17. Яковлев А.В., Бушенкова Н.А., Кулаков И.Ю., Добрецов Н.Л. Структура верхней мантии Арктическом регионе по данным региональной сейсмотомографии // Геология и геофизика. 2012. Т. 53. № 10. С. 1261‒1272.
  18. Backus M.M., Chen R.L. Flat spot exploration // Geophy-sical Prospecting. 1975. V. 23. Iss. 3. P. 533‒577.
  19. Balmino G., Vales N., Bonvalot S., Briais A. Spherical harmonic modeling to ultra-high degree of Bouguer and isostatic anomalies // J. Geod. 2012. V. 86. P. 499‒520.
  20. Baturin D., Fedukhina T., Savostin L., Yunov A. A geophysical survey of the Spitsbergen margin and surrounding areas // Mar. Geophys. Res. 1994. V. 16. P. 463–484.
  21. Bougault H. Hydrogène et Méthane hydrothermal: Enjeux scientifiques Une ressource potentielle nouvelle? // Mines et Carrières. Industrie Minérale. 2012. № 196. P. 73‒80.
  22. Castro C.F., Knutz P.C., Hopper J.R., Funck T. Depositional evolution of the western Amundsen Basin, Arctic Ocean: Paleoceanographic and tectonic implications // Paleoceanogr. Paleoclimatol. 2018. V. 33(12). P. 1357–1382.
  23. Charlou J.L., Fouquet Y., Bougault H. et al. Intense CH4 plumes generated by serpentinization of ultramafic rocks at the intersection of the 15°20′ N fracture zone and the Mid-Atlantic Ridge // Geochim. Cosmochim. Acta. 1998. V. 62(13). P. 2323‒2333.
  24. Cherkashev G.A., Gusev E.A., Zhirnov E.A. et al. The Knipovich Ridge Rift Zone: Evidence from the Knipovich-2000 Expedition // Dokl. Earth Science. 2001. V. 378. P. 420‒423.
  25. Curewitz D., Okino K., Asada M. et al. Structural analysis of fault populations along the oblique, ultra–slow spreading Knipovich Ridge, North Atlantic Ocean, 74°30′ N– 77°50′ N // J. Struct. Geol. 2010. V. 32. P. 727–740.
  26. Czuba W. 2.5-D seismic tomographic modelling of the crustal structure of north-western Spitsbergen based on deep seismic soundings // Mar. Geophys. Res. 2007. V. 28. P. 213–233.
  27. Delescluse M., Chamot-Rooke N. Serpentinization pulse in the actively deforming Central Indian Basin // Earth Planet. Sci. Lett. 2008. V. 276. P. 140–151.
  28. Dick H., Lin J., Schouten H. An ultraslow-spreading class of ocean ridge // Nature. 2003. V. 426. P. 407‒412.
  29. Edwards M.H., Kurras G.J., Tolstoy M. et al. Evidence of Recent Volcanic Activity on the Ultra-Slow Spreading Gakkel Ridge // Nature. 2001. V. 409. P. 808‒ 812.
  30. Engen Ø., Faleide J.I., Dyreng T.K. Opening of the Fram Strait gateway: A review of plate tectonic constraints // Tectonophysics. 2008. V. 450. P. 51–69.
  31. Engen Ø., Gjengedal J.A., Faleide J.I. et al. Seismic stratigraphy and sediment thickness of the Nansen Basin, Arctic Ocean // Geophys. J. Int. 2009. V. 176. P. 805–821.
  32. Faust L.Y. Seismic velocity as a function of depth and geologic time // Geophysics. 1951. V. 16. № 2. P. 192‒206.
  33. Gardner G.H.F., Gardner L.W., Gregory A.R. Formation velocity and density ‒ the diagnostic basics for stratigraphic traps // Geophysics. 1974. V. 39. № 6. P. 770‒780.
  34. Geissler W.H., Jokat W. A geophysical study of the northern Svalbard continental margin // Geophys. J. Int. 2004. V. 158. P. 50–66.
  35. Hegewald A., Jokat W. Relative sea level variations in the Chukchi region ‒ Arctic Ocean ‒ since the late Eocene // Geophys. Res. Lett. 2013. V. 40. P. 803–807. https://doi.org/10.1002/GRL.50182
  36. Hermann T., Jokat W. Crustal structures of the Boreas Basin and the Knipovich Ridge, North Atlantic // Geophys. J. Int. 2013. V. 193. P. 1399–1414. https://doi.org/10.1093/gji/ggt048
  37. Jackson H.R., Johnson G.L., Sundvor E., Myhre A.M. The Yermak Plateau‒formed at a triple junction // J. Geophys. Res. 1984. V. 89. P. 3223–3232.
  38. Judd A.G., Hovland M. Seabed Fluid Flow: The Impact on Geology, Biology, and the Marine Environment. Cambridge: Cambridge University Press, 2007. 493 p.
  39. Johnson J.E., Mienert J., Plaza-Faverola A. et al. Abiotic methane from ultraslow-spreading ridges can charge Arctic gas hydrates // Geology. 2015. V. 43(5). P. 371–374.
  40. Jokat W., Micksch U. Sedimentary structure of the Nansen and Amundsen basins, Arctic Ocean // Geophys. Res. Lett. 2004. V. 31. L02603. https://doi.org/10.1029/2003GL018352
  41. Jokat W., Weigelt E., Kristoffersen Y. et al. New geophysical results from the south-western Eurasian Basin (Morris Jesup Rise, Gakkel Ridge, Yermak Plateau) and the Fram Strait // Geophys. J. Int. 1995. V. 123. P. 601–610.
  42. Jokat W., Ritzmann O., Schmidt-Aursch M.C. et al. Geophysical evidence for reduced melt production on the Arctic ultraslow Gakkel mid-ocean ridge // Nature. 2003. V. 423. P. 962–965.
  43. Jakobsson M., Mayer L., Coakley B. et al. The International Bathymetric Chart of the Arctic Ocean (IBCAO) Version 3.0 // Geophys. Res. Lett. 2012. V. 39(12). L12609. P. 1–6.
  44. Kandilarov A., Mjelde R., Okino K., Murai Y. Crustal structure of the ultra-slow spreading Knipovich Ridge, North Atlantic, along a presumed amagmatic portion of oceanic crustal formation // Mar. Geophys. Res. 2008. V. 29. P. 109–134.
  45. Kandilarov A., Landa H., Mjelde R. et al. Crustal structure of the ultra-slow spreading Knipovich Ridge, North Atlantic, along a presumed ridge segment center // Mar. Geophys Res. 2010. V. 31. P. 173–195.
  46. Keir R.S., Greinert J., Rhein M. et al. Methane and methane carbon isotope ratios in the Northeast Atlantic including the Mid-Atlantic Ridge (50° N) // Deep-Sea Res. I. 2005. V. 52. P. 1043–1070. https://doi.org/10.1016/j.dsr.2004.12.006
  47. Klein E.M. Earth science: Spread thin in the Arctic, News and Views // Nature. 2003. V. 423. P. 932–933.
  48. Kuo B.Y., Forsyth D.W. Gravity Anomalies of the Ridge-Transform System in the South Atlantic between 31° and 34.5° S: upwelling centers and variations in crustal thickness // Mar. Geophys. Res. 1988. V. 10. P. 205‒232.
  49. Ljones F., Kuwano A., Mjelde R., Breivik A., Shimamura H. Crustal transect from the North Atlantic Knipovich Ridge to the Svalbard Margin west of Hornsund // Tectonophysics. 2004. V. 378. P. 17‒41. https://doi.org/10.1016/j.tecto.2003.10.003
  50. 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. Geodyn. 2018. V. 118. P. 154‒165.
  51. Maus S., Barckhausen U., Berkenbosch H. et al. EMAG2: A 2-arc-minute resolution Earth Magnetic Anomaly Grid compiled from satellite, airborne and marine magnetic measurements // Geochemistry, Geophysics, Geosystems. G3. 2009. V. 10. № 8. P. 1‒12. https://doi.org/10.1029/2009GC002471
  52. Michael P.J., Langmuir C.H., B. Dick H.J. et al. Magmatic and amagmatic seafloor generation at the ultraslow-sprea-ding Gakkel ridge, Arctic Ocean // Nature. 2003. V. 423. P. 956‒961.
  53. Moore T.E., Pitman J.K. Geology and petroleum potential of the Eurasia Basin // Geol. Soc. Mem. 2011. V. 35. P. 731–750.
  54. Myhre A.M., Thiede J., Firth J.V. et al. Site 911. Proceedings of the Ocean Drilling Programm, Initial Reports. 1995. V. 151. P. 271‒318.
  55. Nikishin A.M., Gaina C., Petrov E.I. et al. Eurasia Basin and Gakkel Ridge, Arctic Ocean: Crustal asymmetry, ultra-slow spreading and continental rifting revealed by new seismic data // Tectonophysics. 2017. V.746. № 10. P.64–82.
  56. Okino K., Curewitz D., Asada M. et al. Preliminary analysis of the Knipovich Ridge segmentation: influence of focused magmatism and ridge obliquity on an ultraslow spreading system // Earth Planet. Sci. Lett. 2002. V. 202. P. 275‒288.
  57. Oufi O., Cannat M. Horen H. Magnetic properties of variably serpentinized abyssal peridotites // Journal of Geophysical Research. 2002. V. 107. № B5. 2095. https://doi.org/10.1029/2001JB000549
  58. Petrov O., Morozov A., Shokalsky S., Kashubin S., Artemieva I., Sobolev N., Petrov E., Ernst R., Sergeev S., Smelror M. Crustal structure and tectonic model of the Arctic region // Earth-Sci. Rev. 2016. V. 154. P. 29–71.
  59. Rajan A., Mienert J., Bünz S., Chand S. Potential serpentinization, degassing, and gas hydrate formation at a young (<20 Ma) sedimented ocean crust of the Arctic Ocean ridge system // J. Geophys. Res. 2012. V. 117. B03102. https://doi.org/10.1029/2011JB008537
  60. Riis F. North of Nordaustlandet. In: Seismic Atlas of Wes-tern Svalbard: A Selection of Seismic Transects // Meddelelser / Ed. O. Eiken. Oslo, Norway: Norsk Polarinstitutt, 1994. V. 130. P. 30–31.
  61. Ritzmann O., Jokat W., Mjelde R., Shimamura H. Crustal structure between the Knipovich Ridge and the Van Mijenfjorden (Svalbard) // Mar. Geophys. Res. 2002. V. 23. P. 379–401.
  62. Ritzmann O., Jokat W., Czuba W. et al. A deep seismic transect from Hovg°ard Ridge to northwestern Svalbard across the continental-ocean transition: A sheared margin study // Geophys. J. Int. 2004. V. 157. P. 683–702.
  63. Schlindwein V. Teleseismic earthquake swarms at ultraslow spreading ridges: indicator for dyke intrusions? // Geophys. J. Int. 2012. V. 190. P. 442–456.
  64. Schmidt-Aursch M., Jokat W. 3D gravity modelling reveals off-axis crustal thickness variations along the western Gakkel Ridge (Arctic Ocean) // Tectonophysics. 2016. V. 691. P. 85‒97.
  65. Shakhova N., Semiletov I.P., Gustafsson O. et al. Current rates and mechanisms of subsea permafrost degradation in the East Siberian Arctic Shelf // Nat. Commun. 2017. 8:15872. https://doi.org/10.1038/ncomms15872
  66. Snow J.E., Edmonds H.N. Ultraslow-spreading ridges: Ra-pid paradigm changes // Oceanography. 2007. V. 20(1). P. 90‒101.
  67. Sorokin M.Y., Zamansky Y.Y., Languinen A.Y. et al. North Pole ‒ 28 ice drift seismic line // ICAM III Third International Conference on Arctic Margins, Celle, Germany, 12–16 October 1998, Abstracts.
  68. Taner M.T., Koehler F., Sheriff R.E. Complex seismic trace analysis // Geophysics. 1979. V. 44. № 6. P. 1041‒1063.
  69. Waghorn K.A., Bünz S., Plaza-Faverola A. Johnson J.E. 3D Seismic investigation of a gas hydrate and fluid flow system on an active mid-ocean ridge; Svyatogor Ridge, Fram Strait // Geochemistry, Geophysics, Geosystems. 2018. V. 19(8). P. 2325–2341.
  70. Wallmann K., Pinero E., Burwicz E. et al. The global inventory of methane hydrate in marine sediments: a theoretical approach // Energies. 2012. V. 5. P. 2449‒2498.
  71. Weigelt E., Jokat W. Peculiarities of roughness and thickness of oceanic crust in the Eurasian Basin, Arctic Ocean // Geophys. J. Int. 2001. V. 145. P. 505–516.

© Российская академия наук, 2023

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах