Проанализированы результаты создания комплектов Государственной геологической карты масштаба 1:1 000 000 на арктический континентальный шельф России. Подведены итоги и показаны основные проблемы геологического картирования. Большое значение для расшифровки геологической эволюции имеют результаты геолого-геофизических исследований Северного Ледовитого океана. Арктический шельф по своим размерам – самый широкий в мире, в то же время спрединговый океанический бассейн – один из самых узких и характеризуется аномальными чертами строения. К главным проблемам геологического картирования относятся определение границы осадочный чехол/складчатый фундамент, расшифровка геодинамической эволюции шельфа и сопряженного с ним океана, определение скоростей седиментации и стратиграфического расчленения осадочного чехла ввиду малого количества опорных буровых скважин. Перспективным является доизучение проблемных районов с неясными чертами геологического строения, а также мелкомасштабное картирование в местах промышленного освоения континентального шельфа в Арктике.
Геологическое картирование по-прежнему является главным методом познания геологического строения территории. Геологическое изучение закрытых современным чехлом и шельфовых пространств связано с особенностями проведения полевых работ и интерпретации полученных материалов. Для таких районов большое значение приобретают дистанционные методы исследования, использование которых с одной стороны, открывает новые возможности, с другой – могут давать лишь приблизительные сведения о геологическом строении. Для континентального шельфа обычно применяются геофизические съемки потенциальных полей и сейсмическое профилирование, которые должны заверяться буровыми скважинами. Арктический шельф России пока слабо изучен буровыми методами, а исследование его восточного сектора сейсмическими методами началось совсем недавно.
С появлением новых геофизических данных, а также развитием новых методов датирования и изучения вещественного состава горных пород и минералов менялись и представления о времени становления тектонических структур и геодинамике Арктики. Потепление климата последних десятилетий позволило провести геолого-геофизические экспедиции в высокоширотных районах Арктики, прежде недоступных для исследований из-за тяжелых паковых льдов.
Программа составления листов Государственной геологической карты масштаба 1:1 000 000 (Госгеолкарты-1000) территории России завершается в 2025 г. За последние 30 лет составлены листы практически на все арктические шельфовые бассейны России: Баренцевский, Карский, Лаптевский, Восточно-Сибирский и Чукотский.
Работы, результаты которых обсуждаются в статье, проводились в соответствии с действующими инструктивно-методическими документами, регламентирующими проведение геологической съемки и составление государственных геологических карт масштаба 1:1 000 000 [1]. Полученные по листам геолого-геофизические материалы, выводы и рекомендации авторов карт были обобщены, проанализированы и легли в основу данной статьи.
Кроме полистного государственного геологического картографирования арктического шельфа проводились тематические обобщения полученных данных как картографические, так и научные, опубликованные в виде обзорных карт, атласов, сборников статей и монографий [2, 3]. В частности, был подготовлен Атлас геологических карт циркумполярной Арктики [4, 5], включающий геологическую, тектоническую и геофизические карты. Координатором картосоставительских работ выступила Комиссия по геологической карте мира (CGMW) и ее подкомиссии. Совместными усилиями геологов и геофизиков России, Канады, Норвегии, Дании и США были разработаны легенды, на основе которых потом построены карты Атласа.
Особенности геологического строения и тектонической эволюции арктического шельфа определяются геотектоническим положением российского сектора шельфа в Арктике. Евроазиатский континент в арктической части представлен пассивной континентальной окраиной, сопряженной с арктическим океаническим бассейном. Северный Ледовитый океан является самым маленьким из океанических бассейнов и окружен наиболее обширными шельфами. Эти отличительные черты вместе с приполюсным расположением океана могут объяснять уникальность геологического строения его структур.
Всем ходом фанерозойской эволюции Арктического региона определилась ее нынешняя структура, в частности коренное отличие в строении западного и восточного секторов Российской Арктики. Главным процессом, наложившимся на все ранее образованные структуры, является процесс океанообразования. Рифтогенез и последовавший за ним спрединг океанского дна в Евразийском бассейне [6], как и многие процессы, развитые в Арктике, характеризовались специфическими чертами. К началу четвертичного периода определились основные морфоструктуры океана, шельфа и суши. Влияние океанических тектонических и магматических процессов на шельф и сушу проявились с различной степенью в разных районах.
Основным фактором, определившим все многообразие современных ландшафтов и климата арктического шельфа, является тектонический, ведущим неотектоническим процессом – океанообразование. Именно дифференцированные тектонические движения, как вертикальные, так и горизонтальные, приведшие к оформлению контуров океанических котловин и разделяющих их хребтов и поднятий, оказали влияние и на континентальную окраину. Деструкция континентальной коры внешней части континентального шельфа выразилась в образовании грабенообразных и рифтогенных прогибов [7].
История Арктики как ледовитого океанического бассейна началась с момента раскрытия проливов, соединивших некогда изолированный арктический бассейн, воды которого были в значительной мере опреснены [8, 9]. Раскрытие пролива Фрама в раннем миоцене (17,5 млн лет назад) привело к вторжению атлантических вод, примерно в это время начинается активное формирование арктических фаун. С этим же временем многие связывают начало развития паковых льдов в арктическом бассейне.
История раскрытия Берингова пролива реконструируется по миграциям морской фауны из Тихого океана в Атлантический через арктический бассейн. Некоторые гидробиологи признали возможным проникновение моллюсков, диатомей по указанному пути в неогене [10]. Другим свидетельством существования и закрытия Берингова пролива являются данные о расселении млекопитающих и древнего человека в этом регионе [11].
Позднекайнозойские прогибы восточно-арктического шельфа России компенсированы коррелятными осадками и не выражены в современной морфологии морского дна. Вертикальные неотектонические движения на островной и материковой суше, сопряженной с восточно-арктическим шельфом, выражены неярко. Западно-арктический шельф России затронут неотектоникой в неоген-четвертичное время, в том числе в позднем неоплейстоцене-голоцене [12, 13]. На последних этапах развития арктического шельфа России оформилось главное отличие его западного и восточного секторов, заключающееся в расчлененности рельефа дна Баренцева и Карского морей и выравненности дна мелководных морей Лаптевых, Восточно-Сибирского и Чукотского.
Ансамбль тектонических структур российской Арктики, сформированный к четвертичному периоду, моделировался в течение эоплейстоцена – голоцена экзогенными процессами, ведущую роль в которых играли трансгрессии и регрессии арктического бассейна, развитие и деградация наземного и подземного оледенения и другие процессы, сформировавшие современные полярные ландшафты.
Кроме общих региональных особенностей геологического строения арктического шельфа России, выявленных в процессе картирования, есть определенные дискуссионные вопросы, которые еще предстоит решить.
В пределах арктического шельфа России развиты складчатые пояса и области с разным возрастом консолидации, их контуры в современном представлении международного коллектива исследователей с небольшими авторскими изменениями схематично отображены на рис.1.
С развитием сейсмических методов изучения глубинного строения геологи получают новые качественные геофизические данные о структуре верхней части земной коры. Раньше на сейсмических профилях складчатый фундамент выглядел как область с неупорядоченной записью, в которой невозможно было выделить какие-либо структуры. Поэтому картировался так называемый акустический фундамент и залегающий на нем осадочный чехол. Это было главной задачей геологической съемки шельфовых бассейнов Арктики. Структура земной коры ниже поверхности акустического фундамента реконструировалась с помощью сейсмоплотностного моделирования с выделением слоев и блоков коры, глубинных разломов, скоростей прохождения сейсмических волн и т.д.
Новые сейсмические данные МОВ ОГТ, полученные с использованием более мощных источников, со значительной глубинностью и высокой разрешающей способностью, позволяют увидеть структуры ниже поверхности акустического (складчатого) фундамента. Подчас в поле отраженных волн кроме толщ осадочного чехла, видна структура верхней коры – внутреннее строение складчатого фундамента, граница кристаллического фундамента, а иногда и поверхность Мохо [14]. Эти уникальные материалы часто подтверждают прежние представления о строении земной коры под осадочными бассейнами, основанные на старых геофизических данных, иногда приходится вносить коррективы в модели строения тех или иных бассейнов.
Геологические разрезы, построенные по новым сейсмическим профилям, позволяют по-новому оценить перспективы нефтегазоносности шельфовых бассейнов Арктики и материкового обрамления. Более четкие сведения о распределении мощностей осадочных комплексов и их предполагаемом литологическом составе, распространении тектонических нарушений и других особенностях строения привели к новым экспертным оценкам нефтегазоносности арктического шельфа. Вместе с тем, следует указать на опасность прямой интерпретации сейсмических материалов МОВ ОГТ без учета вещественного состава комплексов, выходящих на поверхность или вскрытых скважинами на близлежащей островной и материковой суше. Так, многими авторами толщи пород складчатого фундамента, которые на новых сейсмических данных хорошо видны в виде слабослоистой среды, также оцениваются как перспективные в нефтегазоносном отношении.
На Западном Таймыре выделена Южно-Таймырская перспективная нефтегазоносная область [15], где к метаосадочному чехлу отнесены следующие комплексы: венд-палеозойский, верхнепермско-нижнетриасовый, и мезо-кайнозойский. В поле отраженных волн на современных высококачественных сейсмических профилях МОВ ОГТ действительно прослеживаются отражающие горизонты и их серии, формирующие складчатую структуру [16]. По всей видимости, это бывшие осадочные породы (аргиллиты, песчаники, алевролиты), подвергшиеся складчатости, нарушенные разломами и пронизанные дайками и силами пород основного состава. Автору доводилось наблюдать обнажения этих пород (рис.2), смятых в складки, кливажированных, разбитых разломами, трещинами, несущими гидротермальную минерализацию. Если эти породы когда-то и могли быть нефтематеринскими и являться флюидоупорами, то в настоящем виде они представляют собой проницаемую среду; недра Западного Таймыра в областях развития домезозойских пород тектонически раскрыты, и вряд ли стоит ожидать каких-то особых перспектив нефтегазоносности от таких районов. Более правильным будет определение таких площадей как бесперспективных или малоперспективных [17].
Рис.1. Схематическая тектоническая карта Арктического региона, по [4], с изменениями
Похожая неопределенность существует в структурном определении палеозойских пород прилегающего к восточно-арктическому шельфу России поднятия Менделеева. По всей видимости, поднятие Менделеева в доокеанический этап представляло собой область с платформенным строением. Возраст складчатого основания древней платформы, возможно, был карельским или байкальским, а может, и более молодым – каледонским [18]. Образцы палеозойских пород отобраны в экспедициях «Арктика-2012» и «Арктика-2014». Органические остатки, отобранные на поднятии Менделеева, подтверждают присутствие верхнесилурийских (?)-пермских карбонатных отложений в составе платформенного чехла. По литологическому составу, структурно-текстурным признакам и содержащимся органическим остаткам реконструируются как мелководные, так и глубоководные фации [19].
Платформенный чехол поднятия Менделеева подвергся деструкции в несколько этапов. Трудно судить о характере деформаций, если эти образования находятся в акустическом фундаменте, а в выступах на морском дне в основном обнажаются магматические породы. Относительно низкие сейсмические скорости, слабая измененность палеозойских горных пород, отсутствие метаморфизма, свидетельств процессов катаклаза, кливажирования и других признаков полной складчатости приводит к выводу о незначительной степени складчатых процессов, затронувших платформенный чехол.
Так или иначе, породы платформенного чехла не видны в поле отраженных волн на профилях МОВ ОГТ как слоистые образования, поэтому при расшифровке тектонической структуры и оценке перспектив нефтегазоносности приходится говорить о нарушенном состоянии домеловых комплексов. Также значительно повлияло широкое развитие магматизма, выразившееся в региональном распространении на поднятии Менделеева вулканических, осадочно-вулканогенных и интрузивных комплексов преимущественно основного состава [21]. Излившиеся базальтовые покровы частично скрыли разбитый блоковыми движениями фундамент и чехол древней платформы. На профилях МОВ ОГТ базальтовые покровы явились экраном, не пропускающим, рассеивающим или частично пропускающим сейсмические волны ниже поверхности акустического фундамента. В результате в сейсмической записи среди хаотической картины акустического фундамента местами имеются упорядоченные рефлекторы, свидетельствующие о расслоенности, близкой к осадочной слоистости.
Рис.2. Пример сейсмической записи (а) в пределах Енисей-Хатангского прогиба в центре профиля, горного Таймыра – в левой части профиля по [20], обнажение пород ефремовской свиты (ранняя пермь) в окрестностях Диксона (б), обнажение пород убойнинской свиты (ранняя пермь) у мыса Макаревича, Западный Таймыр (в)
Большая часть разломов, наблюдающихся на поднятии Менделеева, представлена крутопадающими сбросами, хорошо выраженными в сейсмической записи и нередко в батиметрии в виде уступов рельефа дна. Возможно, имела место многостадийность тектонических процессов в этом регионе. Амплитуды сбросов достигают 300-500 м. В гребневой части поднятия Менделеева у этих разломов предполагается левосдвиговая компонента [22, 23].
Сопряженные с Евразийской континентальной окраиной океанические структуры характеризуются аномальными чертами строения. Это касается, в частности, Евразийского бассейна, где в котловинах Амундсена и Нансена распространены кайнозойские линейные магнитные аномалии, в то время как возраст нижних горизонтов осадочного чехла на большей части площади оценивается как нижне-верхнемеловой, или даже юрский (у Восточного Таймыра) [24]. В пределах периокеанических прогибов прослеживаются порой и более древние комплексы [25, 26] вплоть до палеозойских [27].
Рис.3. Фрагмент сейсмического профиля МОВ ОГТ, пересекающего гребневую зону поднятия Менделеева. В пределах складчатого фундамента видны пунктирные отражающие горизонты
Сложную историю развития имеет и срединно-океанический хребет Гаккеля в Евразийском бассейне. В отличие от других хребтов мирового океана, он не содержит трансформных разломов. Вблизи центриклинального замыкания Евразийского бассейна хребет заканчивается глубокой вулкано-тектонической впадиной глубиной свыше 5 000 м [28]. Далее, в пределах континентальной окраины, прослеживается сейсмоактивная зона, проявляющаяся в виде грабенообразной структуры континентального склона и подножия. Рифтовая зона хребта характеризуется наличием блоков с аномально высокими мощностями осадочного чехла, покрывающего океанический фундамент [29]. Это приводит к выводу о пульсационном характере растяжения, спрединг происходит не непрерывно по всей рифтовой зоне, а локализуется на некоторых участках.
По-прежнему нет согласованной стратиграфической модели строения осадочного чехла арктического шельфа и примыкающих океанических структур. Это определяется, в основном, отсутствием буровых скважин на восточно-арктическом шельфе России, а также в глубоководной части Арктики. Существуют разные мнения на возраст осадочного чехла в седиментационных бассейнах морей Лаптевых, Восточно-Сибирского и Чукотского. Разночтения имеются в строении самой верхней части осадков как на шельфе, так и в океанической области. Отсюда и разные оценки скоростей осадконакопления в пределах Арктики в целом. В глубоководной части, на поднятиях и хребтах Северного Ледовитого океана определяются скорости седиментации от миллиметров [30] до нескольких сантиметров в тысячу лет [31]. Для разрешения этой проблемы требуются не только микропалеонтологические, палеомагнитные, радиоуглеродные методы стратиграфического датирования осадков, но и уран-ториевые и хемостратиграфические [32, 33], которые свидетельствуют о медленных скоростях седиментации в глубоководной части Арктики.
Определенные сложности возникают иногда с интерпретацией результатов сейсмоакустических исследований, особенно в мелководных зонах, районах развития вечной мерзлоты и местах просачиваний газовых флюидов к поверхности морского дна [34]. Такие места, сложные для получения внятных геолого-геофизических данных, следует изучать комплексно, с привлечением разных видов сеймических и сейсмоакустических исследований.
При несопоставимости различных геофизических данных для создания модели геологического строения шельфовых бассейнов Арктики применяется зонально-блоковая модель земной коры и используются обобщенные модели геодинамических обстановок [35].
В 2025 г. заканчиваются работы по программе государственного геологического картирования территории Российской Федерации и ее континентального шельфа масштаба 1:1 000 000. Дальнейшие перспективы геологического картирования Арктики касаются, прежде всего, недоизученных участков арктического шельфа, а также евроазиатской континентальной окраины в районах архипелагов Северная Земля, Земля Франца-Иосифа. Необходимо исследовать подробнее восточно-арктический шельф геофизическими методами, а также донным пробоотбором и бурением.
Кроме того, перспективным является составление геологических карт масштаба 1:200 000 на площадях интенсивного промышленного освоения (Байдаратская, Тазовская и Обская губы) и прибрежных акваторий у крупных городов.
Требуется обновить методы геологической съемки шельфа. Уже устарело проектирование регулярных сетей геолого-геофизических наблюдений с требуемой масштабом съемки плотностью. Более целесообразно заложение геофизических профилей и линий геологического опробования дна с необходимым сгущением наблюдений на ключевых участках. Для повышения информативности разумно внедрять единичные профильные наблюдения с варьированием различных геофизических модификаций (глубинной либо высокоразрешающей сейсморазведки, гравимагнитометрии, электроразведки, сейсмоакустики, геоакустики и т.д.). Комплексирование методов повышает качество конечной продукции. Возможно, следует уходить от квадратно-гнездового опробования площади массивными дночерпателями и габаритными грунтовыми трубками. Более информативным является изучение легкими средствами пробоотбора по более редкой сети и проведение неглубокого бурения двух-трех скважин на площади. Опыт неглубокого бурения получен ВНИИ Океангеология на чукотском шельфе, где скважины были пробурены с морского буксира установкой многорейсового бурения, разработанной в Донецком университете [36]. Необходимо также внедрение в практику морских геологосъемочных работ новых и доступных съемщикам лабораторных методов исследований.
За прошедшее десятилетие геологическими организациями достигнуты новые результаты в геологическом картировании арктического шельфа и прилегающих глубоководных районов Северного Ледовитого океана. Составленные листы Государственной геологической карты Российской Федерации масштаба 1:1 000 000 включаются в обзорную геологическую карту России и прилегающих акваторий, дополняя ее новыми данными. Итоги составления комплектов карт Госгеолкарты-1000/3 опубликованы в статьях и монографиях. Намечены перспективы геологосъемочных работ в Арктике, связанные с завершением картирования масштаба 1:1 000 000 и локальных геологосъемочных работ масштаба 1:200 000 в прибрежных акваториях у крупных городов и в районах интенсивного промышленного освоения.
