Введение
Согласно современному определению, контуритами называют осадки, отложенные или переотложенные под действием придонных (в том числе контурных) течений [9]. Придонные течения, играющие важную роль в осадконакоплении на континентальных окраинах [6], имеют квазистационарный характер. Они демонстрируют значительную изменчивость скорости и направления движения в масштабах времени от часов до месяцев (сезонов) и сохраняют относительное постоянство в масштабах десятилетий и тысяч лет [9]. Возможность течений донных вод образовывать аккумулятивные и эрозионные формы подтверждена в ходе многочисленных исследований [например, 6; 9; 10]. Осадочные тела контуритов, получившие название «дрифты», имеют различную геометрию и размеры. Они могут достигать сотен километров по протяженности, десятков километров в ширину и сотен метров в высоту [9]. Поверхность крупных дрифтов может быть покрыта сериями волнообразных осадочных тел аккумулятивного генезиса – осадочными волнами, площади распространения которых называются полями осадочных волн [3]. Обширные поля осадочных волн обнаружены в центральной и южной части Аргентинской котловины, где они приурочены к гигантским контуритовым дрифтам [5]. Формирование крупных дрифтов под действием придонных течений происходит в течение сотен тысяч и миллионов лет [6]. При этом происходящие палеоокеанологические и палеоклиматические изменения отражаются в осадочной структуре дрифтов, что дает основание считать данные тела природными архивами информации об изменениях климата и вариациях придонной циркуляции [9]. Контуритовые дрифты являются также объектом интереса нефтегазовых компаний как перспективные структуры для поиска месторождений углеводородов [10].
Цель исследования
Основная цель данной работы состоит в изучении механизмов формирования систем аккумулятивных и эрозионных форм на континентальной окраине Бразилии и Уругвая (Южная Атлантика).
Район исследования
Район исследования расположен на континентальном подножии в северо-западной части Аргентинской котловины и охватывает несколько крупных форм рельефа: эллипсовидное плато Санта Катарина, отделенное от континентального склона глубоководным проходом, котловину Сантус глубиной до 4000 м и южный уступ плато Сан-Паулу относительной высотой до 1500 м [2]. Необходимо отметить, что плато Санта Катарина и котловина Сантус расположены на огромном Нижнем плато Сантус, приподнятом на 600 м относительно абиссальной части Аргентинской котловины. Южнее расположен гигантский контуритовый дрифт из системы дрифтов Юинга [6]. Придонная циркуляция в районе исследования контролируется течением направленных на север нижних циркумполярных вод (НЦПВ) антарктического происхождения [8]. Основным источником осадочного материала в данном районе является залив Ла-Плата [2] (рис. 1А).
Материалы и методы исследования
Материалами для данной работы послужили результаты 33, 35 и 37-го рейсов НИС «Академик Иоффе», в ходе которых ударной грунтовой трубкой отобраны две колонки донных осадков, а с помощью сейсмоакустического профилографа сверхвысокого разрешения «SES 2000 deep» (4-6 кГц) получены три протяженных сейсмопрофиля (рис. 1А). Скорость распространения звука в воде и осадках при интерпретации принята равной 1500 м/с. Литологическое описание колонок осуществлялось на борту судна путем визуальных наблюдений и изучения осадка в смер-слайдах под поляризационным микроскопом. В смер-слайдах приблизительно оценивалось соотношение основных осадкообразующих компонентов: терригенных обломочных и глинистых минералов, фораминифер, диатомовых, кокколитов и др. биогенных остатков. В пилотных пробах, отобранных из всех встреченных в колонке литологических типов осадков и промытых через сито с ячеей 0.1 мм, под бинокулярным микроскопом МБИ-6 определялся видовой состав фауны планктонных фораминифер, индикаторные виды бентосных фораминифер, а также присутствие и относительное обилие других групп микрофоссилий.
Результаты исследования и обсуждение
Сейсмопрофили пересекли серию симметричных волнообразных осадочных тел, частично покрывающих плато Санта Катарина и прослеженных на север до уступа плато Сан-Паулу через всю котловину Сантус. Высота осадочных тел составляет 10–60 м, а расстояние между гребнями – от 1.5 до 4 км (рис. 1В). В северо-западном направлении наблюдается уменьшение этих параметров. В северной части котловины Сантус в направлении к плато Сан-Паулу выявлено постепенное заполнение осадочным материалом пространства между волнами, вплоть до полного их захоронения. Отложения, перекрывающие волны, характеризуются более высокой амплитудой отражений (рис. 1Г).
У подножия южных склонов плато Санта Катарина и Нижнего плато Сантус зарегистрированы сейсмофации, характеризующиеся мелкохолмистым рельефом поверхности дна и хаотической внутренней акустической структурой. У подножия Нижнего плато Сантус наблюдается резкий переход от сейсмофации с хаотической структурой к отложениям с четкой акустической стратификацией.
С вершины одной из волн на плато Санта Катарина отобрана колонка АИ-2443 (30°36.2' ю.ш., 44°16.97' з.д., глубина 3410 м) длиной 3.42 м. Колонка вскрыла разрез гемипелагического глинистого неравномерно уплотненного ила, содержащего многочисленные плотные комковатые прослои (хардграунды). Окисленный поверхностный слой хорошо развит и имеет мощность 38 см. В нижней части колонки (213-342 см) осадок диффузно слоистый, биотурбированный. Выделений гидротроилита не обнаружено. Содержание планктонных фораминифер в осадках низкое, их сохранность варьирует по разрезу. В нескольких образцах отмечено сильное растворение их карбонатных раковин (например, 230, 280 и 310 см). Однако хорошая сохранность и большое видовое разнообразие субтропической фауны планктонных фораминифер во многих образцах указывает на незначительное растворение, но сильное разбавление биогенного материала терригенным.
Колонка АИ-2442 (32°41.30’ ю.ш, 46°05.60’ з.д., глубина 3890 м, длина 4.61 м), полученная у подножия Нижнего плато Сантус, вскрыла отложения с четкой акустической стратификацией на сейсмопрофиле. Колонка представлена гомогенным глинистым илом практически без примеси обломочных минералов и микрофоссилий. Окисленный слой отсутствует. Осадок содержит черные выделения гидротроилита, неравномерно распределенные по разрезу, свидетельствующие о резко восстановительной среде раннего диагенеза. Осадки в колонке палеонтологически почти «немые», содержат лишь единичные экземпляры раковин планктонных и бентосных фораминифер, радиолярий и остракод (в отдельных пробах). Во многих пробах отмечены обломки раковин фораминифер, указывающие на растворение.
Осадочные волны в данном районе были обнаружены ранее в рейсе M29/2 на НИС «Meteor». В ходе многолучевого эхолотирования установлено, что гребни волн примерно параллельны изобатам [4]. На сейсмоакустическом профиле, полученном в рейсе RC1605 НИС «Robert Conrad» (база данных GeoMapApp, www.geomapapp.org), видно, что осадочные волны покрывают поверхности двух крупных аккумулятивных тел, расположенных на плато Санта-Катарина и у подножия его северного склона. На сейсмопрофиле в структуре осадочного тела на плато Санта-Катарина видны более древние захороненные волны, происхождение которых очевидно не связано с неровностями фундамента (рис. 1Б). Общая геометрия аккумулятивных тел, наличие линзовидных внутренних несогласий и осадочных волн дает основание интерпретировать данные тела как грядоподобные контуритовые дрифты [6]. Происхождение дрифтов, вероятно, связано с деятельностью течения НЦПВ. Скорости придонных течений в открытой части Аргентинской котловины не превышают обычно 10 см/с, однако для формирования подобных аккумулятивных тел скорости течений должны быть в пределах 10–30 см/с [9]. Локальное увеличение скоростей течений происходит за счет огибания такого массивного препятствия, как плато Санта Катарина, и увеличения уклона поверхности, вдоль которой движется поток. В результате возникают локальные максимумы скоростей течения у склонов плато и в структуре потока появляются неоднородности в виде отдельных струй. Плато разбивает течение на несколько ветвей, огибающих его с востока и запада, а также, вероятно, переваливающих через плато. На его относительно пологой вершине скорости потока заметно меньше, чем на более крутых склонах (рис. 1Д). Такая разница приводит к возникновению локальных вихрей над дрифтом и наращиванию аккумулятивного тела в его осевой части за счет осаждения переносимого течением взвешенного осадочного материала. При этом на склонах дрифта может наблюдаться неотложение осадочного материала и эрозия (рис. 1Е). Следует отметить, что бóльшая ось дрифта Санта Катарина ориентирована перпендикулярно к континентальному склону, что нетипично для большинства контуритовых дрифтов и связано, скорее всего, с резким изменением направления простирания склона на данном его отрезке [6].
Дрифт в котловине Сантус, вероятно, генетически связан с трансформным разломом Риу-Гранди, субширотно простирающимся вдоль уступа плато Санта Катарина. Сила Кориолиса (FК) в Южном полушарии отклоняет поток движущихся на север НЦПВ влево по ходу движения, прижимая его к континентальному склону. В результате увеличения скорости потока за счет возрастания уклона поверхности, вдоль которой он движется, и смещения ядра потока в сторону склона возникает разность скоростей у левого и правого бортов канала. За счет экмановского транспорта взвешенный материал, переносимый течением, перемещается в латеральном направлении направо по ходу потока (рис. 1Е). Легко переваливая через борт канала из-за небольшой разницы по плотности с окружающей водой, взвесь осаждается по мере удаления от оси потока и уменьшения его скорости. В результате на левом борту канала доминируют процессы эрозии, а на правом – аккумуляции осадочного материала (т.е. формирования контуритового дрифта). Данная схема хорошо согласуется со схемой, представленной в работе [9]. Геометрия, размеры и положение в плане обнаруженных волнообразных тел свидетельствуют об их контуритовом происхождении [5].
Модели, полностью объясняющей формирование осадочных волн под действием придонных течений, на настоящий момент не существует. Однако в работе [5] предлагается модель, в которой образование осадочных волн связывается с внутренними волнами потока. Подобные волны возникают в результате движения стратифицированного потока над неровностями дна. В районе исследования присутствуют два фактора, необходимые для формирования столь больших осадочных волн: поступление огромного количества терригенного осадочного материала из залива Ла-Плата и наличие системы мощных течений, способных транспортировать и отлагать взвешенный осадочный материал. Первичные неровности дна, послужившие морфологической основой для формирования осадочных волн, вероятно, возникли вследствие локальной эрозии под действием придонного течения НЦПВ, огибающего плато Сан-Паулу. Эрозия в данном случае обусловлена внутренней неоднородностью потока и выделением в нем отдельных струй. Уменьшение высоты осадочных волн в направлении к континентальному склону на плато Санта Катарина предположительно объясняется разностью скоростей течения НЦПВ на востоке и западе плато. Это связано, вероятно, с тем, что под действием силы Кориолиса поток НЦПВ, огибающий плато с востока, прижимается к склону плато, а западный поток к континентальному склону. В результате на востоке плато скорости течения становятся выше. Формирование осадочных волн в котловине Сантус может быть связано, в том числе, и с вихрями, возникающими в латеральных частях восточной и западной ветвей течения НЦПВ [9] (рис. 1Е).
Симметричная форма волн и отсутствие явной миграции их вершин свидетельствует об относительно низких скоростях придонных течений в настоящее время и доминировании процессов аккумуляции осадочного материала («облекание» осадочных волн). Формирование волн подобного размера возможно только при значительных скоростях придонных течений (5-20 см/с). При этом на одном склоне волны преобладает эрозия, а на противоположном – накопление осадочного материала, что приводит к постепенному смещению вершины волны (миграции) [5]. Наличие уплотненных прослоев в колонке АИ-2443 свидетельствует о кратковременных перерывах в осадконакоплении, связанных, вероятнее всего, с интенсификацией придонных течений. Захоронение поля осадочных волн в северной части котловины Сантус предположительно вызвано значительным изменением режима придонной циркуляции в районе исследования и снижением скоростей придонных течений, способных лишь отлагать транспортируемый материал. Однако нельзя исключать и влияния гравитационных потоков с плато Сан-Паулу на процесс захоронения волн. Вероятно, высокие скорости осадконакопления в районе исследований обусловили нестабильность склонов и активность гравитационных процессов (оползневые процессы, пастообразные потоки осадочного материала), результаты которой обнаружены у подножия плато Санта Катарина и Нижнем плато Сантус.
Определение возраста данной системы затруднительно. По видовому составу редких целых раковин планктонных фораминифер в колонках АИ-2442 и АИ-2443 можно заключить, что фауна соответствует фораминиферовым стратиграфическим зонам N23 (Globigerina calida calida) и N22 (Globorotalia truncatulinoides), т.е. отложения сформировались в cреднем-позднем плейстоцене, скорее всего, их возраст не превышает 1 млн лет. Верхние 250 см колонки АИ-2442 и верхние 310 см колонки АИ-2443 моложе 450 тыс. лет, судя по присутствию вида Globorotalia hirsuta [7]. Наличие розовых раковин Globigrinoides ruber в интервале 0-230 см колонки АИ-2443 указывает на возраст не более 280 тыс. лет [1]. Вариации сохранности фауны и состава комплексов, а также отсутствие вида Globorotalia menardii и низкое содержание Globigerinoides sacculifer в отдельных образцах отражают ледниково-межледниковые и тысячелетние вариации климатических условий.
Заключение
Формирование контуритовых дрифтов и поля осадочных волн в северо-западной части Аргентинской котловины предположительно связано с деятельностью придонного течения нижних циркумполярных вод. Важную роль в образовании данных осадочных тел имеет плато Санта Катарина, как фактор, обуславливающий увеличение скоростей придонных течений. В настоящее время обнаруженная контуритовая система неактивна, здесь доминируют процессы аккумуляции осадочного материала из залива Ла-Плата, транспортируемого и отлагаемого под действием течения антарктических вод. В результате происходит постепенное захоронение системы.
Рис. 1. А – схема рельефа дна района исследования с указанием положения сейсмопрофилей и геологических станций, а также направлений придонных течений антарктических вод: I – залив Ла-Плата, II – Аргентинская котловина, III – система дрифтов Юинга, IV – Нижнее плато Сантус, V – плато Санта Катарина, VI – канал Сан-Паулу, VII – котловина Сантус, VIII – трансформный разлом Риу-Гранди, IX – плато Сан-Паулу; 1 – сейсмопрофили «SES 2000 deep», 2 – сейсмопрофиль, полученный в рейсе RC-1605 НИС «Robert Conrad», 3 – геологическая станция, 4 – направление придонных течений, 5 – оси глубоководных каналов и разломов, 6 – оси контуритовых дрифтов. Б – фрагмент сейсмопрофиля, полученного в рейсе RC-1605 НИС «Robert Conrad», с элементами интерпретации. В – фрагмент сейсмопрофиля «SES 2000 deep», полученный на северном склоне плато Санта Катарина, с указанием положения геологической станции. Г – фрагмент сейсмопрофиля «SES 2000 deep» с элементами интерпретации. Д – трехмерная схема, демонстрирующая механизм формирования контуритовой системы в районе исследования: 1 – направления придонных течений, 2 – направления гравитационных процессов. Е – схема, отражающая эрозионно-аккумулятивную деятельность придонных течений. Положение батиметрического профиля показано на рис. 1Д. Синяя стрелка указывает направление экмановского транспорта.
Рецензенты:
Никифоров С.Л., д.г.н., зав. лабораторией сейсмостратиграфии, Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН», г.Москва.
Пересыпкин В.И., д.г.-м.н., зав. лабораторией химии океана, Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН», г.Москва.