Корреляция литосферных магнитных аномалий и тектонических структур в норвежско-гренландской части Арктики

Изучение глубинного строения и тектоники Арктики актуально для решения фундаментальных проблем современной геодинамики, освоения ее природных ресурсов, а также представляет интерес с геополитической точки зрения, в частности для определения границ шельфов окраинных морей. Цель настоящей работы – изучение литосферного (аномального) геомагнитного поля на территории норвежско-гренландской части Арктики и сопоставление выявленных аномалий с тектоническими структурами исследуемого региона. В качестве экспериментальных данных использовались измерения модуля полного вектора геомагнитного поля спутником CHAMP на высоте ~280 км. В работе описана методика обработки спутниковых данных с целью отделения литосферной части от остальных составляющих геомагнитного поля. В результате построена карта модуля полного вектора литосферного поля для исследуемой территории. Рассмотрена возможная природа литосферных магнитных аномалий и их связь с процессами, происходящими под территорией Гренландии. Интерпретация полученных карт показывает, что аномалии геомагнитного поля связаны с современными крупномасштабными геолого-тектоническими структурами исследуемой области. Полученные результаты представляют существенный интерес для дальнейших комплексных геолого-геофизических исследований и построения обоснованных моделей эволюции литосферы.

1. Abramova D.Yu., Abramova L.M., 2014. Lithospheric magnetic anomalies in the territory of Siberia (from measurements by the CHAMP satellite). Russian Geology and Geophysics 55 (7), 854–863. https://doi.org/10.1016/j.rgg.2014.06.005.

2. Абрамова Д.Ю., Абрамова Л.М., Филиппов С.В., Фрунзе А.Х. О перспективах использования спутниковых измерений для анализа региональных магнитных аномалий // Исследование Земли из космоса. 2011. № 6. С. 53–63].

3. Абрамова Д.Ю., Абрамова Л.М., Варенцов И.М., Филиппов С.В. Анализ аномалий литосферного магнитного поля в рамках геолого-геофизического исследования корово-мантийных структур Карпато-Балканского региона // Геофизика. 2017. № 2. С. 71–78.

4. Abramova D.Yu., Filippov S.V., Abramova L.M., Varentsov Iv.M., 2014. Lithospheric magnetic anomalies in the Balkan region. Bulgarian Geophysical Journal 40, 50–64.

5. Abramova D.Yu., Filippov S.V., Abramova L.M., Varentsov Iv.M., Lozovskii I.N., 2016. Changes of lithospheric magnetic anomalies with altitude (according to the CHAMP satellite). Geomagnetism and Aeronomy 56 (2), 239–248. https://doi.org/10.1134/S001679321602002X.

6. Абрамова Д.Ю., Филиппов С.В., Абрамова Л.М. Длинноволновые магнитные аномалии на территории России по измерениям спутника СНАМР // Геофизические исследования. 2009. Т. 10. № 4. С. 48–63].

7. Allen R., Nolet G., Morgan W., Vogfjord K., Nettles M., Ekstrom G., Bergsson B., Erlendsson P., Foulger G., Jakobsdottir S., Julian B., Pritchard M., Ragnarsson S., Stefansson R., 2002. Plume-driven plumbing and crustal formation in Iceland. Journal of Geophysical Research: Solid Earth 107 (B8), 2163. https://doi.org/10.1029/2001JB000584.

8. Alley R.B., Andrews J.T., Brigham-Grette J., Clarke G.K.C., Cuffey K.M., Fitzpatrick J.J., Funder S., Marshall S.J., Miller G.H., Mitrovica J.X., Muhs D.R., Otto-Bliesner B.L., Polyak L., White J.W.C., 2010. History of the Greenland ice sheet: paleoclimatic insights. Quaternary Science Reviews 29 (15–16), 1728–1756. https://doi.org/10.1016/j.quascirev.2010.02.007.

9. Alvey A., Gaina C., Kusznir N.J., Torsvik T.H., 2008. Integrated crustal thickness mapping and plate reconstructions for the high Arctic. Earth and Planetary Science Letters 27 (3–4), 310–321. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2008.07.036.

10. Arkani-Hamed J., Strangway D.W., 1986. Effective magnetic susceptibility anomalies of the oceanic upper mantle derived from Magsat data. Geophysical Research Letters 13 (10), 999–1002. https://doi.org/10.1029/GL013i010p00999.

11. Artemieva I.M., Mooney W.D., 2001. Thermal thickness and evolution of Precambrian lithosphere: A global study. Journal of Geophysical Research: Solid Earth 106 (B8), 16387–16414. https://doi.org/10.1029/2000JB900439.

12. Artemieva I.M., Thybo H., 2013. EUNAseis: A seismic model for Moho and crustal structure in Europe, Greenland, and the North Atlantic region. Tectonophysics 609, 97–153. https://doi.org/10.1016/j.tecto.2013.08.004.

13. Bijwaard H., Spakman W., 1999. Tomographic evidence for a whole-mantle plume below Iceland. Earth and Planetary Science Letters 166 (3–4), 121–126. https://doi.org/10.1016/S0012-821X(99)00004-7.

14. Блох Ю.И. Интерпретация гравитационных и магнитных аномалий. Учебное пособие. Москва: МГГА, 2009. 232 с..

15. Бурьянов В.Б., Гордиенко В.В., Кулик С.Н., Логвинов И.М. Комплексное геофизическое изучение тектоносферы континентов. Киев: Наукова думка, 1983. 176 c.].

16. Dahl-Jensen T., Larsen T.B., Woelbern I., Bach T., Hanka W., Kind R., Gregersen S., Mosegaard K., Voss P., Gudmundsson O., 2003. Depth to Moho in Greenland: Receiver-function analysis suggests two Proterozoic blocks in Greenland. Earth and Planetary Science Letters 205 (3–4), 379–393. https://doi.org/10.1016/S0012-821X(02)01080-4.

17. Enhanced Magnetic Model 2017, 2017. Available from: https://www.ngdc.noaa.gov/geomag/EMM/.

18. Fahnestock M., Abdalati W., Joughin I., Brozena J., Gogineni P., 2001. High geothermal heat flow, basal melt, and origin of rapid ice flow in Central Greenland. Science 294 (5550), 2338–2342. https://doi.org/10.1126/science.1065370.

19. Finlay C.C., Olsen N., Kotsiaros S., Gillet N., Tøffner-Clausen L., 2016. Recent geomagnetic secular variation from Swarm and ground observatories as estimated in the CHAOS-6 geomagnetic field model. Earth, Planets and Space 68 (1), 112. https://doi.org/10.1186/s40623-016-0486-1.

20. Gaina C., Medvedev S., Torsvik T.H., Koulakov I., Werner S.C., 2014. 4D Arctic: A glimpse into the structure and evolution of the Arctic in the light of new geophysical maps, plate tectonics and tomographic models. Surveys in Geophysics 35 (5), 1095–1122. https://doi.org/10.1007/s10712-013-9254-y.

21. Gao G., Kang G., Li G., Bai C., Wu Y., 2017. An analysis of crustal magnetic anomaly and Curie surface in west Himalayan syntaxis and adjacent area. Acta Geodaetica et Geophysica 52 (3), 407–420. https://doi.org/10.1007/s40328-016-0179-z.

22. Golovkov V.P., Zvereva T.I., Chernova T.A., 2007. Space-time modeling of the main magnetic field by combined methods of spherical harmonic analysis and natural orthogonal components. Geomagnetism and Aeronomy 47 (2), 256–262. https://doi.org/10.1134/S0016793207020156.

23. Golovkov V.P., Zvereva T.I., Chernova T.A., 2009. Construction of the spatial–temporal model of the main geomagnetic field using satellite data. Geomagnetism and Aeronomy 49 (1), 124–132. https://doi.org/10.1134/S0016793209010174.

24. Hemant K., Maus S., 2005. Geological modeling of the new CHAMP magnetic anomaly maps using a geographical information system technique. Journal of Geophysical Research: Solid Earth 110 (B12), B12103. https://doi.org/10.1029/2005JB003837.

25. Henriksen N., 2008. Geological history of Greenland: Four Billion Years of Earth Evolution. Geological Survey of Denmark and Greenland (GEUS), Copenhagen, 272 p.

26. Hjartarson Á., Erlendsson Ö., Blischke A., 2017. The Greenland–Iceland–Faroe Ridge Complex. In: G. Péron-Pinvidic, J.R. Hopper, T. Funck, M.S. Stoker, C. Gaina, J.C. Doornenbal, U.E. Árting (Eds.), The NE Atlantic Region: a reappraisal of crustal structure, tectonostratigraphy and magmatic evolution. Geological Society, London, Special Publications, vol. 447, p. 127–148. https://doi.org/10.1144/SP447.14.

27. Jakovlev A.V., Bushenkova N.A., Koulakov I.Yu., 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. https://doi.org/10.1016/j.rgg.2012.08.001.

28. Kontorovich A.E., Epov M.I., Burshtein L.M., Kaminskii V.D., Kurchikov A.R., Malyshev N.A., Prischepa O.M., Safronov A.F., Stupakova A.V., Suprunenko O.I., 2010. Geology and hydrocarbon resources of the continental shelf in Russian Arctic seas and the prospects of their development. Russian Geology and Geophysics 51 (1), 3–11. https://doi.org/10.1016/j.rgg.2009.12.003.

29. Korotaev S.M., Zhdanov M.S., Orekhova D.A., Kruglyakov M.S., Trofimov I.L., Schors Y.G., Shneyer V.S., 2010. Study of the possibility of the use of the magnetotelluric sounding method in the Arctic ocean with quantitative modeling. Izvestiya, Physics of the Solid Earth 46 (9), 759–771. https://doi.org/10.1134/S1069351310090053.

30. Kother L., Hammer M.D., Finlay C.C., Olsen N., 2015. An equivalent source method for modelling the global lithospheric magnetic field. Geophysical Journal International 203 (1), 553–566. https://doi.org/10.1093/gji/ggv317.

31. Kumar P., Kind R., Priestley K., Dahl-Jensen T., 2007. Crustal structure of Iceland and Greenland from receiver function studies. Journal of Geophysical Research: Solid Earth 112 (B3), B03301. https://doi.org/10.1029/2005JB003991.

32. Lawver L.A., Müller R.D., 1994. Iceland hotspot track. Geology 22 (4), 311–314. https://doi.org/10.1130/0091-7613(1994)022<0311:IHT>2.3.CO;2.

33. Lebedev S., Boonen J., Trampert J., 2009. Seismic structure of Precambrian lithosphere: new constraints from broadband surface-wave dispersion. Lithos 109 (1–2), 96–111. https://doi.org/10.1016/j.lithos.2008.06.010.

34. 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., Caratori Tontini F., 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. https://doi.org/10.1029/2009GC002471.

35. Maus S., Rother M., Holme R., Lühr H., Olsen N., Haak V., 2002. First scalar magnetic anomaly map from CHAMP satellite data indicates weak lithospheric field. Geophysical Research Letters 29 (14), 1702. https://doi.org/10.1029/2001GL013685.

36. Maus S., Yin F., Lühr H., Manoi C., Rother M., Rauberg J., Michaelis I., Stolle C., Muller R.D., 2008. Resolution of direction of oceanic magnetic lineations by the sixth-generation lithospheric magnetic field model from CHAMP satellite magnetic measurements. Geochemistry, Geophysics, Geosystems 9 (7), Q07021. https://doi.org/10.1029/2008GC001949.

37. Olsen N., Lühr H., Finlay C.C., Sabaka T.J., Michaelis I., Rauberg J., Tøffner-Clausen L., 2014. The CHAOS-4 geomagnetic field model. Geophysical Journal International 197 (2), 815–827. https://doi.org/10.1093/gji/ggu033.

38. Olsen N., Ravat D., Finlay C., Kother L.K., 2017. LCS-1: A high-resolution global model of the lithospheric magnetic field derived from CHAMP and Swarm satellite observations. Geophysical Journal International 211 (3), 1461–1477. https://doi.org/10.1093/gji/ggx381.

39. Петромагнитная модель литосферы / Ред. Д.М. Печерский. Киев: Наукова думка, 1994. 175 c..

40. Reigber C., Lühr H., Schwintzer P., 2002. CHAMP mission status. Advances in Space Research 30 (2), 129–134. https://doi.org/10.1016/S0273-1177(02)00276-4.

41. Rickers F., Fichner A., Trampert J., 2013. The Iceland – Jan Mayen plume system and its impact on mantle dynamics in the North Atlantic region: evidence from full-waveform inversion. Earth and Planetary Science Letters 367, 39–51. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2013.02.022.

42. Steffen R., Strykowski G., Lunda B., 2017. High-resolution Moho model for Greenland from EIGEN-6C4 gravity data. Tectonophysics 706–707, 206–220. https://doi.org/10.1016/j.tecto.2017.04.014.

43. Stockmann R., Finlay C., Jackson A., 2009. Imaging Earth’s crustal magnetic field with satellite data: a regularized spherical triangle tessellation approach. Geophysical Journal International 179 (2), 929–944. https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.2009.04345.x.

44. Tanaka A., Okubo Y., Matsubayashi O., 1999. Curie point depth based on spectrum analysis of the magnetic anomaly data in East and Southeast Asia. Tectonophysics 306 (3–4), 461–470. https://doi.org/10.1016/S0040-1951(99)00072-4.

45. Thébault E., Vigneron P., Langlais B., Hulot G.A., 2016. Swarm lithospheric magnetic field model to SH degree 80. Earth, Planets and Space 68, 126. https://doi.org/10.1186/s40623-016-0510-5.

46. Wessel P., Smith W.H.F., 2007. The Generic Mapping Tools. Technical Reference and Cookbook Version 4.2. Available from: http://gmt.soest.hawaii.edu.

47. Yanovsky B.M., 1978. Terrestrial Magnetism. Publishing House of the Leningrad State University, Leningrad, 592 p. (in Russian) [Яновский Б.М. Земной магнетизм. Л.: Издательство ЛГУ, 1978. 592 с.