КЛАСТЕРНЫЙ АНАЛИЗ ГЕОЛОГО-ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ В АРКТИЧЕСКОМ РЕГИОНЕ КАК ОСНОВА ДЛЯ ГЕОДИНАМИЧЕСКОЙ ИНТЕРПРЕТАЦИИ

Большой объем геолого-геофизических данных, накопленных к настоящему времени для Арктического региона, затрудняет их визуальный сравнительный анализ, что делает актуальным использование автоматизированных методов классификации, в частности методов многомерной статистики. Геодинамическое районирование региона базируется на обработке параметров, имеющих физический смысл, определяющий:

– геометрию объекта (границы раздела в коре и верхней мантии) и его физические свойства; – силы и энерговыделение в объекте;
– характеристики движения как результат действия сил на объект и энерговыделение в нем.

Геодинамическая интерпретация данных с вышеуказанным смыслом и выделение геодинамических типов сводятся к обнаружению устойчивых сочетаний параметров не по точечным или пиковым значениям, а по усредненным значениям на больших площадях, что практически невозможно сделать вручную. Задача осложнена тем, что параметры прямого измерения на суше (скорость вертикальных движений) на акваториях отсутствуют. Это приводит к использованию других параметров, имеющих теоретическую зависимость от нужных характеристик энергии и движения, называемых суррогатными. Таким образом, в расчетах используется то, что доступно и имеет ненулевую корреляцию.

В результате расчетов по десяти параметрам (рельеф дна, мощность осадочного чехла, томография по поверхностным волна Лява, аномалии Буге и изостазия, тепловой поток, сейсмотомография по Sи Р-волнам, суммарный сейсмический момент и аномальное магнитное поле) методом кластерного анализа было выделено 14 устойчивых сочетаний, которые в соответствии с основными структурными зонами Северного Ледовитого океана могут быть условно поделены на три неравные группы:

1 – группа шельфа и континента;
2 – группа глубоководной части;
3 – группа переходных зон и наложенных структур.

Области проявления рассчитанных кластеров геолого-геофизических параметров интерпретируются как районы, имеющие различную структуру и геодинамические характеристики. Выявлено различие шельфовых зон по мощностям осадочного чехла, тектонической гетерогенности фундамента, тепловому потоку, аномальному магнитному полю и гравитационным аномалиям, отражающим характер границы раздела коры и верхней мантии. В пределах глубоководных зон по S-волнам выявлены аномально «холодные» блоки с повышенным уровнем теплового потока. Данное сочетание параметров существует в трансформных зонах, сочленяющих Атлантический и Арктический сегменты. Наложенные термальные купола имеют симметрию относительно оси срединно-океанических хребтов (СОХ). Они могут возникать и на континентах, близко прилегающих к СОХ. Аналогичные признаки прослеживаются вдоль переходной зоны к северу от ВосточноСибирского моря.

1. ANSS Composite Earthquake Catalog, 2010. Available from: http://quake.geo.berkeley.edu/anss/ (last accessed 09.12.2010).

2. Becker T.W., Boschi L., 2002. A comparison of tomographic and geodynamic mantle models. Geochemistry, Geophysics, Geosystems 3 (1), 2001GC000168. http://dx.doi.org/10.1029/2001GC000168.

3. Belousov V.V., 1975. Fundamentals of Geotectonics. Nedra, Moscow, 264 p. (in Russian) [Белоусов В.В. Основы геотектоники. М.: Недра, 1975. 264 с.].

4. Boldyrev S.A., 1998. Seismogeodynamics of the Mid-Atlantic Ridge. The RF National Geophysical Committee, Moscow, 124 p. (in Russian) [Болдырев С.А. Сейсмогеодинамика Срединно-Атлантического хребта. М.: Национальный геофизический комитет РФ, 1998. 124 с.].

5. Deminitskaya R.M., 1967. The Earth’s Crust and Mantle. Nedra, Moscow, 280 p. (in Russian) [Деминицкая Р.М. Кора и мантия Земли. М.: Недра, 1967. 280 с.].

6. Forsberg R., Kenyon S., 2005. Gravity and Geoid in the Arctic region – the northern polar gap now filled. Available from: http://earth-info.nga.mil/GandG/wgs84/agp/readme_new.html (last accessed 05.07.2006).

7. Grand S. P., van der Hilst R. D., Widiyantoro S., 1997. High resolution global tomography: a snapshot of convection in the Earth. Geological Society of America Today 7 (4), 1–7.

8. Hasterok D., 2011. The global heat flow database of the international heat flow commission. University of North Dakota. Available from: http://www.heatflow.und.edu/index2.html (last accessed 08.11.2011).

9. IBCAO (International Bathymetric Chart of Arctic Ocean) ver.2.23, 2008. Available from: http://www.ngdc.noaa.gov/ mgg/bathymetry/arctic/arctic.html (last accessed 13.01.2012).

10. Ioganson L.I., Boltyshev G.Yu., 2000. On the heterogeneity of the crust in West Eurasia. Bulletin of the Geology, Geophysics, Geochemistry and Mining Sciences Division, RAS 4 (14), 1–13 (in Russian) [Иогансон Л.И., Болтышев Г.Ю. О гетерогенности земной коры Западной Евразии // Вестник ОГГГГН РАН. 2000. No 4(14) С. 1–13].

11. Jakovlev A.V., Bushenkova N.A., Koulakov I.Y., Dobretsov N.L., 2012. Structure of the upper mantle in the Circum-Arctic region from regional seismic tomography. Russian Geology and Geophysics 53 (10), 963–971. http://dx.doi.org/ 10.1016/j.rgg.2012.08.001.

12. Khain V.E., 2001. Tectonics of Continents and Oceans (2000). Nauchny Mir, Moscow, 605 p. (in Russian) [Хаин В.Е. Тектоника континентов и океанов (2000 год). М.: Научный мир, 2001. 605 с.].

13. Khain V.E., Lomize M.G., 1995. Geotectonics and Fundamentals of Geodynamics. MSU, Moscow, 480 p. (in Russian) [Хаин В.Е., Ломизе М.Г. Геотектоника с основами геодинамики. М.: МГУ, 1995. 480 с.].

14. Khutorskoi M.D., Leonov Y.G., Ermakov A.V., Akhmedzyanov V.R., 2009. Abnormal heat flow and the trough’s nature in the Northern Svalbard Plate. Doklady Earth Sciences 424 (1), 29–35. http://dx.doi.org/10.1134/S1028334X 09010073.

15. Koulakov I.Y., Gaina C., Dobretsov N.L., Vasilevsky A.N., Bushenkova N.A., 2013. Plate reconstructions in the Arctic region based on joint analysis of gravity, magnetic, and seismic anomalies. Russian Geology and Geophysics 54 (8), 859–873. http://dx.doi.org/10.1016/j.rgg.2013.07.007.

16. Larson E., Ekström G., Tromp J., 1999. Global Models of Surface Wave Group Velocity Seismology Group, Department of Earth and Planetary Sciences, Harvard University. Available from: http://www.seismology.harvard.edu (last accessed 25.06.2007).

17. Laske G., Masters G., 1997. A global digital map of sediment thickness. Eos Transactions, AGU 78, F483.

18. Maus S., Barckhausen U., Berkenbosch H., Bournas N., Brozena J., Childers V., Dostaler F., Fairhead J.D., Finn C., Von Frese R.R.B., Gaina C., Golynsky S., Kucks R., Lühr H., Milligan P., Mogren S., Müller R.D., Olesen O., Pilkington M., Saltus R., Schreckenberger B., Thébault E., Tontini F.C., 2009. EMAG2: A 2-arc min resolution Earth Magnetic Anomaly Grid compiled from satellite, airborne, and marine magnetic measurements. Geochemistry, Geophysics, Geosystems 10 (8), Q08005. http://dx.doi.org/10.1029/2009GC002471.

19. Michael P.J., Langmuir C.H., Dick H.J.B., Snow J.E., Goldstein S.L., Graham D.W., Lehnert K., Kurras G., Jokat W., Mühe R., Edmonds H.N., 2003. Magmatic and amagmatic seafloor generation at the ultraslow-spreading Gakkel ridge, Arctic Ocean. Nature 423 (6943), 956–961. http://dx.doi.org/10.1038/nature01704.

20. Pavlenkova N.I., 1987. Endogenous regimes and the structure of the crust and upper mantle. In: Structure and evolu82tion of tectonosphere. IPE, the USSR Academy of Sciences, Moscow, p. 253–273 (in Russian) [Павленкова Н.И. Эндогенные режимы и структура земной коры и верхней мантии // Строение и эволюция тектоносферы. М.: ИФЗ АН СССР, 1987. С. 253–273].

21. Reisner G.I., Reisner M.G., 1987. On the method for identification of contemporary endogenous regimes. In: Structure and evolution of tectonosphere. IPE, the USSR Academy of Sciences, Moscow, p. 274–301 (in Russian) [Рейснер Г.И., Рейснер М.Г. О методе выявления современных эндогенных режимов // Строение и эволюция тектоносферы. М.: ИФЗ АН СССР, 1987. С. 274–301].

22. Reisner G.I., Reisner M.G., 1990. Endogenous regimes in Europe. In: Recent geodynamics and deep structure of the USSR Territory. Nauka, Moscow, p. 40–47 (in Russian) [Рейснер Г.И., Рейснер М.Г. Эндогенные режимы Европы // Современная геодинамика и глубинное строение территории СССР. М.: Наука, 1990. С. 40–47].

23. Sandwell D.T., Smith W.H.F., 2009. Global marine gravity from retracked Geosat and ERS-1 altimetry: Ridge segmentation versus spreading rate. Journal of Geophysical Research 114 (B1), B01411. http://dx.doi.org/10.1029/ 2008JB006008.

24. Sokolov S.Y., 2009. Tectonic elements of the Arctic region inferred from small-scale geophysical fields. Geotectonics 43 (1), 18–33. http://dx.doi.org/10.1134/S0016852109010026.

25. Sokolov S.Y., 2011. Tectonic evolution of the Knipovich Ridge based on the anomalous magnetic field. Doklady Earth Sciences 437 (1), 343–348. http://dx.doi.org/10.1134/S1028334X11030275.

26. Sokolov S.Yu., 2015. Deformations of the sedimentary cover of the equatorial Atlantic, and their comparison with the potential fields. In: Tectonics and geodynamics of continental and oceanic lithosphere: General and regional aspects. Materials of the XLVII Tectonic Conference. GEOS, Moscow, vol. 2, p. 172–175 (in Russian) [Соколов С.Ю. Деформации осадочного чехла экваториальной Атлантики и их сопоставление с потенциальными полями // Тектоника и геодинамика континентальной и океанической литосферы: общие и региональные аспекты: Материалы XLVII Тектонического совещания. М.: ГЕОС, 2015. Т. 2. С. 172–175].

27. Sokolov S.Yu., Sokolov N.S., Dmitriev L.V., 2008. Geodynamic zonation of the Atlantic Ocean lithosphere: Application of cluster analysis procedure and zoning inferred from geophysical data. Russian Journal of Earth Sciences 10, ES4001. http://dx.doi.org/10.2205/2007ES000218.

28. Sushchevskaya N.M., Peyve A.A., Belyatsky B.V., 2010. Conditions of formations of slightly enriched tholeiites in the northern Knipovich Ridge. Geochemistry International 48 (4), 321–337. http://dx.doi.org/10.1134/S00167029 10040014.

29. Van der Hilst R.D., Widiyantoro S., Engdahl E.R., 1997. Evidence of deep mantle circulation from global tomography. Nature 386 (6625), 578–584. http://dx.doi.org/10.1038/386578a0.

30. Yavorsky B.M., Detlaf A.A., 1974. Physics Guidebook for Engineers and Students. Nauka, Moscow, 944 p. (in Russian) [Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике для инженеров и студентов вузов. М.: Наука, 1974. 944 с.].

31. Zonenshain L.P., Kuz’min M.I., 1993. Paleogeodynamics. Nauka, Moscow, 192 p. (in Russian) [Зоненшайн Л.П., Кузьмин М.И. Палеогеодинамика. М.: Наука, 1993. 192 с.].