Глава 15. Тепловой поток и термическая эволюция литосферы Черноморского бассейна
В этой главе будет продемонстрирован ещё один пример того, как аппарат моделирования бассейнов помогает решить специфические проблемы формирования термического режима литосферы бассейнов. Рассмотрение ведётся на примере Черноморского региона. В данном случае пакет программ ГАЛО будет применён для решения двух основных проблем: 1) объяснения природы низких тепловых потоков в глубоководных котловинах моря при относительно высоком потоке из мантии и 2) предложение единого варианта термического развития литосферы региона, годного для описания эволюции тектонически разнородных структур глубоководной части Чёрного моря, включающих Восточную и Западную впадины Чёрного моря с безгранитной корой, а также валы Андрусова и Шатского с континентальным типом коры. Дело в том, что большинство работ, посвящённых анализу термического режима впадин Чёрного моря, рассматривают высокую скорость отложения осадков как основную причину пониженных значений поверхностного теплового потока по сравнению с глубинным. Мы изучили вопрос, моделируя развитие бассейна с использованием новых геолого-геофизических данных о возрасте и строении осадочной толщи и фундамента котловин Чёрного моря,. и показали, что одно лишь отложение осадков не может объяснить снижение глубинного теплового потока до значений около 32-34 мВт/м2 у поверхности дна, но что прорыв тяжёлых, но тёплых вод Средиземного моря около 7000 лет назад помогает объяснить современные низкие значения тепловых потоков в глубоководных частях Западной и Восточной котловин Чёрного моря (Галушкин и др., 2006). Применение аппарата моделирования бассейнов позволило предложить единый вариант развития литосферы глубоководной части Чёрного моря для всех четырёх вышеназванных тектонически разнородных структур (Галушкин и др., 2007). Этот вариант включает начальный этап квазирифтового прогревания литосферы в конце мела и три этапа тепловой реактивизации плиты, сопровождаемые тремя последовательными этапами утонения коры в кайнозое. Последние имели следствием постепенное изменение глубины моря до современного значения около 2.2 км. В согласии с геофизическими данными, моделирование предполагает относительно высокий современный термический режим литосферы бассейна при толщине литосферы около 60 км.
15.1. История формирования бассейна Чёрного моря
С позиций тектоники литосферных плит образование Черного моря связывается с субдукцией в северном направлении океана Тетис, располагавшегося в мезозое южнее островодужной системы Понтид. По этой гипотезе Черное море является задуговым бассейном, который начал развиваться в позднем мелу и активно прогибался в эоцене и олигоцене в результате остывания сформированной здесь коры (Kazmin, 1997; Казьмин и др., 2000). Некоторые исследователи полагают, что Восточная котловина Чёрного моря была заложена ещё позднее – в палеоцене, тогда как Западная - в раннем мелу-сеномане, 130-91 млн. лет назад (Robinson et al., 1995; Spadini et al., 1996). Более детальный анализ показал, что раннемеловой возраст раскрытия может иметь лишь крайняя западная часть Западной котловины, тогда как остальная её часть (большая) раскрывалась в верхнем мелу-палеоцене скорее всего синхронно с Восточной котловиной (Казьмин и др., 2000; Kazmin et al., 2000). Об этом убедительно свидетельствуют одинаковая мощность палеоцен-эоценовых отложений в обеих котловинах (рис. 1-15), а значит, и сходный режим погружения и отложения осадков. Одновременное раскрытие Западной и Восточной котловин осуществлялось при вращении вала Андрусова по часовой стрелке в результате южного дрейфа Понтийской вулканической дуги, так что в палеоцене-эоцене обе котловины раскрывались как два сопряжённых рифта, разделённых перемычкой вала Андрусова (рис. 2-15; Казьмин и др., 2000). Новый импульс растяжения в тылу островодужной области мог возникнуть как результат эффекта отступления погружающейся плиты и раскола бывшей вулканической дуги (Казьмин и др., 2000; Никишин и др., 2001). Так, позднемеловой вулканизм в Ломоносовском массиве, связанный с зоной субдукции, возможно, продолжался здесь до конца мела и затух лишь после раскола дуги и раскрытия Западно-Черноморской котловины в палеоцене-эоцене (Казьмин и др., 2000).
Рис. 1-15. Сейсмические разрезы МОГТ нис «Профессор Штокман» по профилям: а-5.81 и 54.81, б-1.81, в-2.81 (Исмагилов, Коган, 1989).
Большая часть Западной и Восточной котловин характеризуется одинаковыми мощностями палеоцен-эоценовых осадков порядка 2-3 км (рис. 1-15; Исмагилов, Коган, 1989; Казьмин и др., 2000). В течении олигоцена и раннего миоцена Западная и Восточная котловины одновременно заполнялись осадками майкопской серии. При этом скорость осадконакопления в майкопское время увеличилась более чем вдвое по сравнению с предшествующим палеоцен-эоценовым этапом (табл. 1-15). Вал Андрусова, резко выраженный в рельефе в палеоцене-эоцене, был в значительной мере перекрыт осадками в майкопское время. После фазы сжатия в конце эоцена - в олигоцене возникла обстановка растяжения, сопровождавшаяся погружениями и углублением бассейна (Kazmin, 1997; Казьмин и др., 2000)