парначев

dε	=	1	k	L2ω + 2k V .	(3.5.3)
dt		2 1		2

Уравнение (3.5.3) является своего рода законом сохранения энергии для процесса эволюции продвигающегося рифта. Действительно, если левая часть уравнения отражает скорость подвода энергии к системе и в первом приближении может считаться постоянной, то оказывается, что процессы спрединга и продвижения конкурируют в энергетическом смысле: усиление одного из них должно вызывать ослабление другого.

Если выявленная особенность геодинамики продвигающихся рифтов верна, то можно полагать, что неоднократно отмечавшиеся пульсации активности рифтинга – отчасти кажущееся явление. Отдельные пульсации скорости спрединга, как было показано, компенсируются обратными по знаку пульсациями скорости продвижения, и наоборот. Суммарная же энергия рифтинга при этом меняется с гораздо меньшей частотой, чем та, с которой перераспределяется энергия между двумя ортогональными компонентами рифтинга, спредингом и продвижением. Период перераспределения энергии рифтинга в рассмотренных выше Аденском заливе – Красном море и Евразийском бассейне составляет примерно 15 млн лет, а период пульсаций суммарной активности рифтинга, по-видимому, гораздо длиннее.

Остается добавить, что процессы продвижения рифтов наиболее типичны для ранней стадии развития океанов, в которой сейчас находятся Аденский залив, Красное море и Евразийский бассейн, а в юрское время находился Атлантический океан. Данная особенность прямо следует из формулы (3.5.3). В ее правой части присутствует параметр L (длина рифтовой трещины), явно зависящий от времени. Для продвигающихся рифтов параметр L является неубывающим: он монотонно или скачкообразно увеличивается с течением времени. Значит, доля первого слагаемого в правой части формулы (3.5.3) со временем возрастает, что отражает повышение удельного веса диссипации тепловой энергии в общем энергетическом балансе рифтинга. Начиная с какого-то момента времени τ продвигающийся рифт должен достигнуть некоторого стационарного состояния с L = const = Lτ, Vτ = 0 и ωτ = 2(dε/dt)/k1L2, после чего продвижение рифта прекратится и установится чисто “угловой” режим раскрытия относительно стабильного эйлерова полюса, обеспечивающий вынос подводимой к

201

системе энергии без дальнейшего увеличения длины рифтовой трещины.

3.6. “Несостоявшиеся океаны”

Как уже неоднократно отмечалось, в современном Мировом океане нет коры с возрастом древнее среднеюрского, да и такой возраст является предельным: преобладающая часть океанской коры сформировалась в кайнозое, т.е. за последние 60 млн лет. Однако это отнюдь не означает, что до средней юры океанов на Земле не существовало. Глубоководные океанские осадки, а также реликты базальтовой океанской коры в виде офиолитов широко распространены в геологической летописи Земли по крайней мере начиная с протерозоя, т.е. в течение последних 2,5 млрд лет истории Земли.

Данное противоречие разрешается следующим образом. Океаны до известной степени эфемерные структуры, поскольку их тяжелая литосфера, достигнув определенного возраста, неизбежно возвращается на переплавку в мантию в зонах субдукции, а на смену закрывшимся океанам на Земле раскрываются новые, которые также живут относительно недолго. До недавнего времени считалось, что океанская кора, возраст которой древнее средне-юрского, практически вся исчезла с поверхности Земли и лишь незначительные ее фрагменты сохранились в офиолитовых комп-лексах.

Однако в последние годы удалось обнаружить еще одну форму сохранения древней океанской литосферы в приповерхностных оболочках Земли. Часть континентальных рифтов геологического прошлого развилась до стадии кратковременного спрединга, подобного тому, который наблюдается сейчас в рассмотренных выше Аденском заливе и Красном море, но впоследствии такие “малые океаны” шириной первые сотни километров не превратились в настоящие широкие океаны и не испытали закрытия. Их тяжелая литосфера, после того как спрединг остановился, стала быстро погружаться и была засыпана осадками. К настоящему времени над такими структурами, расположенными в пределах материков и шельфов, т.е. заведомо континентальных районов, образовались глубокие осадочные бассейны. Таким образом, быв-

202

шие “малые океаны”, отвечающие древним дивергентным границам, оказались впечатанными в материковые части плит и были перекрыты осадочными толщами мощностью до 15 – 20 км и более. По этой причине они очень ограниченно доступны для прямого изучения, и почти все сведения о них получают путем интерпретации геофизических данных.

Блоки древней океанской коры и литосферы, впечатанные в глубоко погруженный фундамент осадочных бассейнов, называются “несостоявшимися океанами”. Этот термин не вполне точен, поскольку соответствующие структуры, хотя и не стали настоящими широкими и глубоководными океанами, все же к концу своей активной эволюции уже перестали быть континентальными рифтами, т.е. океаны все-таки “состоялись”, хотя и просуществовали недолго. В англоязычной литературе для их обозначения используется более точный, но трудно переводимый на русский язык термин aborted oceans (буквально – “прервавшиеся океаны”).

К настоящему времени на территории России установлено несколько глубоких осадочных бассейнов, фундамент которых представлен “несостоявшимися океанами” различного возраста (рис. 3.6.1). Блок океанской коры триасового возраста обнаружен в фундаменте северной части Западно-Сибирского осадочного бассейна; он получил название Обского палеоокеана. Еще более древняя (позднепалеозойская) океанская литосфера сохранилась в фундаменте шельфов Баренцева и Карского морей, а также Прикаспийского осадочного бассейна.

Легко понять, почему “несостоявшиеся океаны” вызывают пристальный интерес у геологов и геофизиков: над ними расположены богатейшие нефтегазоносные бассейны, потенциал которых, пока еще далеко не исчерпанный, определяет экономическое благополучие нашей страны в настоящем и обозримом будущем.

“Несостоявшиеся океаны” были обнаружены геофизиками еще в конце 1950 – начале 1960-х годов, т.е. задолго до того, как стала понятной их геодинамическая природа. Уже первыми глубинными сейсмическими зондированиями на территории нашей страны были выявлены глубокие впадины фундамента, мощность осадочного чехла в которых оказалась столь значительной, что первоначально поддавалась лишь грубой оценке. Позднее удалось установить, что она превышает 10 – 12 км, а иногда достигает 20 км и более.

203

На рис. 3.6.2 приведена карта рельефа поверхности фундамента одного из наиболее крупных “несостоявшихся океанов” –

	Северо-
	Новоземельский
	370-360 ìëí ëåò
Восточно-Баренцевский
390-360 ìëí ëåò	Уединения
	390-380 ìëí ëåò
	Южно-Карский
	320-305 ìëí ëåò
	ТИМАНО-ПЕЧОРСКИЙ
	БАССЕЙН
	Обский
	235-215 ìëí ëåò
	ЗАПАДНО-СИБИРСКИЙ
	БАССЕЙН
ВОСТОЧНО-ЕВРОПЕЙСКАЯ
ПЛАТФОРМА
	Прикаспийский
	390-360 ìëí ëåò

Рис. 3.6.1. Осадочные бассейны, в фундаменте которых залегают реликтовые блоки океанской коры (“несостоявшиеся океаны”).

Восточно-Баренцевского. Бассейн состоит из трех глубоких впадин, с юга на север: Южно-Баренцевской (с глубиной залегания фундамента до 18 – 20 км), Северо-Баренцевской (16 км) и СевероНовоземельской (12 км). Южным продолжением Восточно-Барен- цевского “несостоявшегося океана” служит один из крупных нефтегазоносных бассейнов российской суши – Тимано-Печорский, где фундамент, однако, погружается на глубины более 10 км только в восточной части, соответствующей Предуральскому прогибу

204

Гипотеза об океанской природе фундамента осадочных бассейнов, подобных Восточно-Баренцевскому, родилась сразу же

	80°ñ.ø.	Ñåâåðî-
		Новоземельская

Северо-

Баренцевская

		Пайхойско-
		Новоземельский
	Þæíî-	складчатый
		ïîÿñ
	Баренцевская

70

		Тимано-Печорский
			бассейн
65		Кольско-
		Тиманский		Уральский
		складчатый
				складчатый
		ïîÿñ
				ïîÿñ
60	40	50	60	70°â.ä.
30

Рис. 3.6.2. Глубина поверхности фундамента в пределах Восточно-Баренцевского “несостоявшегося океана”.

после того, как ученые убедились в их аномальной глубине. Из физико-механических соображений казалось маловероятным, чтобы легкая континентальная кора сама по себе погрузилась на глубины более 10 км, а простейшие расчеты показывают, что для такого погружения явно недостаточно лишь веса накапливаю-

205

щихся осадков. Следовательно, причину аномальных погружений осадочных бассейнов надо было искать в специфике их фундамента, и очевидным шагом на этом пути стало исследование глубинной структуры и состава коры бассейнов методами сейсморазведки и гравиметрии.

В соответствии с принципом изостазии пониженная плотность осадочных пород большой мощности, перекрывающих дно “несостоявшихся океанов”, должна компенсироваться эквивалентным избытком масс на глубине. В разделе 1.3 было показано, что изостатическая компенсация может осуществляться за счет изменения как мощности коры (схема Эри), так и вариаций ее плотности (схема Пратта).

80°ñ.ø.	à					á
75
70
65
60	30	40	50	60	70°â.ä.	30	40	50	60	°â.ä.

Рис. 3.6.3. Глубина подошвы коры (а) и мощность консолидированной коры (б) в пределах Восточно-Баренцевского “несостоявшегося океана”.

На рис. 3.6.3 приведены карты глубины поверхности Мохоровичича (подошвы коры) и мощности консолидированной коры (без осадочного чехла) Восточно-Баренцевского “несостоявшегося океана”. Они построены по данным глубинных сейсмических зондирований. На картах отчетливо видно, что дефицит масс в верхних горизонтах коры, связанный с пониженной плотностью осадочных пород, заполняющих глубокие бассейны, по крайней мере отчасти компенсируется “антикорнями” на

206

поверхности Мохоровичича. Области максимально утоненной коры (до 32 км) расположены под Южно- и Северо-Баренцев- ским бассейнами. Таким образом, глубокие впадины фундамента на месте “несостоявшегося океана”, заполненные осадочными породами с пониженной плотностью, компенсируются подъемами плотного верхнемантийного вещества. Обратная картина видна в юго-восточном углу карты рельефа поверхности Мохоровичича (рис. 3.6.3, а), где она захватывает складчатые пояса Полярного Урала и Пай-Хоя. Здесь, наоборот, избыточная нагрузка горных сооружений на поверхности компенсируется погружением подошвы коры до глубин 42 – 44 км, в результате чего под горами наблюдаются легкие “корни”.

Анализ карт глубинного строения, приведенных на рис. 3.6.3, позволяет сделать следующие выводы.

Во-первых, кора “несостоявшихся океанов”, даже по одним структурным характеристикам, никак не может быть отнесена к континентальному типу (см. раздел 1.2.3). Хотя ее суммарная мощность под Северо- и Южно-Баренцевским бассейнами составляет 32 – 34 км (см. рис. 3.6.3, а), что сопоставимо со средней мощностью стандартной континентальной коры (35 км), примерно половина этой величины приходится на аномально мощный слой осадочных пород. На долю же консолидированной части коры, без осадочного чехла, остается всего 14 – 16 км (рис. 3.6.3, б). Это, конечно, больше, чем средняя мощность стандартной океанской коры (6,5 км), но в то же время и существенно меньше, чем даже минимальная мощность континентальной коры, утоненной рифтингом (около 20 км). Следовательно, либо кора “несостоявшихся океанов” изначально была аномально мощной из-за какихто особенностей своего формирования (напомним, что и в современных океанах есть области с аномально мощной корой, например в окраинных морях или над мантийными плюмами); либо по каким-то причинам кора “несостоявшихся океанов” увеличивает свою мощность уже после прекращения спрединга, в процессе превращения в фундамент глубоких осадочных бассейнов; либо, наконец, мы в данном случае имеем дело с недостаточной разрешающей способностью глубинной сейсморазведки, что также нельзя исключить, особенно если учитывать обычно низкую точность глубинной привязки границ в условиях почти полного отсутствия данных об акустических параметрах разреза. Одним словом, современный уровень исследований “не-

207

состоявшихся океанов” пока не позволяет остановиться на какомто одном объяснении повышенной мощности их консолидированной коры по сравнению с океанской, но при этом факт остается фактом – аномально тонкая, погруженная на огромную глубину и перекрытая мощным осадочным чехлом кора “несостоявшихся океанов” никак не может быть классифицирована как континентальная.

Во-вторых, изостазия коры “несостоявшихся океанов” лишь отчасти объясняется схемой Эри, в которой ундуляции поверхности фундамента компенсируются обратными по знаку ундуляциями поверхности Мохоровичича при постоянной плотности консолидированной коры. Это хорошо видно на примере СевероБаренцевского бассейна, расположенного в полосе аномально тонкой коры, далеко протягивающейся за пределы бассейна на северо-восток и юго-запад (см. рис. 3.6.3, а). Самая тонкая кора (менее 32 км) в пределах этой полосы, действительно, совпадает с Северо-Баренцевской впадиной. На северо-востоке полоса утоненной коры отвечает Северо-Новоземельской впадине, где фундамент, однако, погружен на значительно меньшую глубину (12 км), чем в Северо-Баренцевской впадине (16 км). Но на юго-востоке эта же полоса коры мощностью 34 км отвечает уже поднятиям фундамента до 4 км (см. рис. 3.6.2). Следовательно, рельеф поверхности Мохоровичича в пределах “несостоявшихся океанов” и их ближнего обрамления не является идеальным зеркальным отображением рельефа поверхности фундамента, а значит, схема изостатической компенсации по Эри в “чистом виде” не работает. Нужно допустить, что какая-то часть компенсации осуществляется не за счет “корней” и “антикорней” рельефа фундамента, а из-за латеральной плотностной неоднородности консолидированной коры, т.е. в рамках альтернативной схемы Пратта.

Для количественной оценки плотности коры есть мощное средство – совместная интерпретация сейсмических данных и гравитационных аномалий. Первые дают глубину границ раздела в земной коре, а также позволяют грубо оценить плотность ее слоев по скоростям распространения в них P- и S-волн. Используя эти данные в качестве модели нулевого приближения, геофизики затем рассчитывают гравитационное поле от модели и сопостав-ляют его с наблюденными гравитационными аномалиями, таким путем постепенно уточняя модель. Проще всего задать плотност-ные характеристики осадочного чехла и верхней мантии. По

208

осадочному чехлу, верхняя часть которого всегда в какой-то степени изучена бурением, обычно имеются лабораторные определения плотности пород, а закон увеличения плотности с глубиной под действием литостатического давления, во всяком случае для терригенного разреза, может быть достаточно строго установлен. По плотности верхней мантии прямые данные, естественно, отсутствуют, но из теоретических соображений (см. раздел 1.2.4) можно предполагать ее плотностную однородность и ультраосновной состав, а следовательно, возможные значения плотности верхней мантии лежат в достаточно узком диапазоне. Таким образом, гравитационный эффект от неровностей поверхностей фундамента и мантии (подошвы коры) можно заранее вычесть из наблюденного гравитационного поля и считать, что те аномалии, которые останутся в нем после такой процедуры, связаны исключительно с плотностной неоднородностью консолидированной коры, т.е. именно с той характеристикой “несостоявшихся океанов”, которая нас интересует.

На рис. 3.6.4 приведена схема плотностных характеристик консолидированной коры Восточно-Баренцевского “несостоявшегося океана”, полученная путем совместной интерпретации сейсмических и гравиметрических данных. Видно, что в глубоких впадинах шельфа (отметим, что на карту, приведенную на рис. 3.6.4, помимо Восточно-Баренцевского “несостоявшегося океана” попадает Южно-Карский, см. рис. 3.6.1) кора имеет

аномально высокую	интегральную плотность, достигающую
3,0 – 3,1 г/см3. Даже	если учесть возможные погрешности рас-

четов, такая кора по своим плотностным характеристикам никак не может быть классифицирована как континентальная (см. раздел 1.2.3). Это веский аргумент в пользу океанского генезиса фундамента, подстилающего мощные осадочные толщи глубоких осадочных бассейнов. Заметим, что за пределами “несостоявшихся океанов” плотность коры, согласно выполненным расчетам, изменяется в пределах 2,6 – 2,8 г/см3 (см. рис. 3.6.4), что вполне соответствует средней плотности континентальной коры (2,67 г/см3).

Таким образом, кора “несостоявшихся океанов” по своим структурным и плотностным характеристикам практически ничем не отличается от стандартной океанской коры. Но данные характе-

209

ристики ничего не говорят нам о ключевом параметре любой
океанской коры – ее возрасте. Фундамент глубоких осадочных
бассейнов, в который впечатана кора “несостоявшихся океанов”,
погружен на столь огромную глубину, что доступен для прямого
наблюдения еще в меньшей степени, чем дно современного Миро-
вого океана.
80°ñ.ø.
75
70
65
60	40	50	60	70°â.ä.
30
Рис. 3.6.4. Схема плотностных характеристик
консолидированной коры Восточно-Баренцевского
	“несостоявшегося океана”.

Конечно, можно косвенно судить о возрасте “несостоявшихся океанов” по их соотношению со складчатыми поясами обрамления, но такая оценка всегда слишком умозрительна и носит

210