Structural Connection of the Chukchi Borderland and the Chukchi Sea Shelf: 3D Geophysical Modelling of the Earth Crust

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

A 3D model of the crustal structure of the region, which includes the Chukchi Borderland with the adjacent ocean and the Chukotka‒Alaska Shelf, has been compiled and calculated. The peculiarity of the crustal structure is the three-sided isolation of the Chukchi Borderland and presence of a transitional area from the south connecting the Chukchi Borderland with the Chukotka‒Alaska Shelf. The connection between the Chukchi Borderland and the Wrangel Rise of the Chukchi Shelf is traced through the North Chukchi Rise located between the North Chukchi Trough and the Hanna Trough. A clockwise rotation of the Chukchi Borderland began in the Early Cretaceous, because basalts at the bottom of the sedimentary strata sections along the eastern and southern boundaries of the Chukchi Basin have a reversed magnetization, i.e., their outpouring occurred before the beginning of the Cretaceous superchron, earlier than 121 Ma. Near the upper boundary of the Neocomian, there was a large-scale shear displacement of crustal blocks along the eastern boundary of the Chukchi Rise, which had a thrust pattern before that. The 3D model demonstrates that the Chukchi Borderland and the Chukchi Basin are the natural components of the continental margin, as they have a strong geological connection with the continental masses of the Chukchi Shelf.

Full Text

Restricted Access

About the authors

A. L. Piskarev

Gramberg All-Russia Research Institute of Geology and Mineral Resources of the World Ocean; Saint Petersburg State University

Author for correspondence.
Email: apiskarev@gmail.com
Russian Federation, Saint Petersburg; Saint Petersburg

A. A. Kireev

Gramberg All-Russia Research Institute of Geology and Mineral Resources of the World Ocean

Email: apiskarev@gmail.com
Russian Federation, Saint Petersburg

G. I. Ovanesyan

Gramberg All-Russia Research Institute of Geology and Mineral Resources of the World Ocean

Email: apiskarev@gmail.com
Russian Federation, Saint Petersburg

V. A. Poselov

Gramberg All-Russia Research Institute of Geology and Mineral Resources of the World Ocean

Email: apiskarev@gmail.com
Russian Federation, Saint Petersburg

V. A. Savin

Saint Petersburg State University

Email: apiskarev@gmail.com
Russian Federation, Saint Petersburg

O. E. Smirnov

Gramberg All-Russia Research Institute of Geology and Mineral Resources of the World Ocean

Email: apiskarev@gmail.com
Russian Federation, Saint Petersburg

S. N. Tabyrtsa

Gramberg All-Russia Research Institute of Geology and Mineral Resources of the World Ocean; Saint Petersburg State University

Email: apiskarev@gmail.com
Russian Federation, Saint Petersburg; Saint Petersburg

References

  1. Арктический бассейн (геология и морфология). – Под ред. В.Д. Каминского – СПб: ВНИИОкеангеология, 2017. 291 с.
  2. Глебовский В. Ю., Зайончек А. В., Каминский В. Д., Мащенков С. П. Цифровые базы данных и карты потенциальных полей Северного Ледовитого океана // Российская Арктика: геологическая история, минерагения, геоэкология. — СПб: ВНИИОкеангеология, 2002. С. 134–141.
  3. Диденко А.Н., А.И. Ханчук. Смена геодинамических обстановок в зоне перехода Тихий океан – Евразия в конце раннего мела // ДАН. 2019. Т. 487. № 4. С. 405–408.
  4. Остров Врангеля: геологическое строение, минерагения, геоэкология. – Под ред. М.К. Косько, В.И. Ушакова – СПб, ВНИИОкеангеология, 2003. 137 с.
  5. Пискарев А.Л. Петрофизические модели земной коры Северного Ледовитого океана. ‒ Под ред. Ю.Е. Погребицкого. ‒ СПб.: ВНИИОкеангеология, 2004. 134 c. (Тр.ВНИИГА.Т.203).
  6. Поселов В.А., Буценко В.В., Каминский В.Д., Сакулина Т.С. Поднятие Менделеева (Северный Ледовитый океан) как геологическое продолжение континентальной окраины Восточной Сибири // ДАН. 2012. Т. 443. № 2. С. 232‒235.
  7. Черных А. А., Яковенко И. В., Каминский В. Д., Глебовский В. Ю., Корнева М. С., Башев И. А. Тектоническая схема Амеразийского бассейна Северного Ледовитого океана // ДАН. Науки о Земле. 2023. T. 510. № 2. С 134‒141. doi: 10.31857/S2686739723600042
  8. Шипилов Э.В., Лобковский Л.И. О субмеридиональной зоне сдвига в структуре континентальной окраины Чукотского моря и механизме раскрытия Канадского океанического бассейна // ДАН. 2014. Т. 455. № 1. С. 67–71.
  9. Andersen O. B., Knudsen P. The DTU17 Global marine gravity field: First validation results. ‒ In: Fiducial Reference Measurements for Altimetry. ‒ Ed.by S.P. Mertikas, R. Pail (Springer. NY. USA. 2020), P. 83‒87. doi: 10.1007/1345_2019_65
  10. Arrigoni V. Origin and evolution of the Chukchi borderland. ‒ PhD Thesis (Texas A&M Univ. USA. 2008), 74 p.
  11. Bruvoll V., Kristoffersen Y., Coakley B.J., HopperJ.R., Planke S., Kandilarov A. The nature of the acoustic basement on Mendeleev and northwestern Alpha ridges, Arctic Ocean // Tectonophysics. 2012. Vol. 514-517. P. 123‒145.
  12. Childers V.A., McAdoo D.C., Brozena J.M., and Laxon S.W. New gravity data in the Arctic Ocean: Comparison of airborne and ERS gravity // J. Geophys. Res. 2001. Vol. 106. No. B5. P. 8871– 8886.
  13. Embry A., Beauchamp B., Dewing K., Dixon J. Episodic tectonics in the Phanerozoic succession of the Canadian High Arctic and the “10-million year flood”. ‒ In: Circum-Arctic Structural Events: Tectonic Evolution of the Arctic Margins and Trans-Arctic Links with Adjacent Orogens. ‒ Ed.by K. Piepjohn, J.V. Strauss, L. Reinhardt, W.C. McClelland, (GSA Spec. Pap. 2018. Vol.541), P. 1–18.
  14. Geologic Structures of the Arctic Basin. ‒ Ed.by A. Piskarev, V. Poselov, V. Kaminsky, (Springer, NY. USA. 2019), 375 p.
  15. Grantz A., Patrick E., Hart P., Vicki E., Childers A. Geology and tectonic development of the Amerasia and Canada Basins, Arctic Ocean. ‒ (Geol. Soc., London, Mem. 2011. Vol. 35. P. 771‒799. doi: 10.1144/M35.50
  16. Grantz A., Clark L. D., Phillips R.L., Srivastava S.P., Blome C.D. et al. Phanerozoic stratigraphy of Northwind Ridge, magnetic anomalies in the Canada Basin, and the geometry and timing of rifting in the Amerasia Basin, Arctic Ocean // GSA Bull. 1998. Vol. 110. Is.6. P. 801‒820.
  17. Grantz A., Hart P.E., Childers V.A. Tectonic History of the Amerasia Basin, Arctic Ocean. ‒ AGU Fall Meet. December 2007, T11E. 02G.
  18. Grantz A., Johnson G.L., Sweeney J.F.G., May S.D., Hart P.E. Geology of the Arctic continental margin of Alaska. ‒ In: The Arctic Ocean Region: Boulder, CO. ‒ Ed.by A. Grantz, L. Johnson, J.F. Sweeney, (GSA Spec Pap. 1990), P. 257‒288.
  19. Hegewald A. The Chukchi Region‒Arctic Ocean ‒ Tectonic and Sedimentary Evolution. ‒ PhD Diss. (Univ. Jena, Germany. 2012), 107 p.
  20. Houseknecht D. W. Colville foreland basin and Arctic Alaska prograded margin tectono-sedimentary elements, northern Alaska and southwestern Canada Basin. ‒ In: Sedimentary Successions of the Arctic Region and Their Hydrocarbon Prospectivity. ‒ Ed.by S.S. Drachev, H. Brekke, E. Henriksen, T. Moore, (Geol. Soc., London, Mem. 2018. Vol. 57), P. 1‒19. doi: 10.1144/M57-2018-65
  21. Ilhan I., Coakley B.J., Houseknecht D.W. Meso–Cenozoic evolution of the Chukchi Shelf and North Chukchi Basin, Arctic Ocean // Marin. Petrol. Geol. 2018. VoL. 95. P. 100‒109. doi: 10.1016/j.marpetgeo.2018.04.014
  22. Kashubin S.N., Petrov O.V., Artemieva I.M. et al. Crustal structure of the Mendeleev Rise and the Chukchi Plateau (Arctic Ocean) along the Russian wide-angle and multichannel seismic reflection experiment “Arctic-2012” // J. Geodynam. 2018. Vol. 119. P. 107‒122.
  23. Mair J.A., Forsyth D.A. Crustal structures of the Canada Basin near Alaska, the Lomonosov Ridge and adjoining basins near the North Pole // Tectonophysics. 1982. Vol.89. P. 239‒253.
  24. Mayer Larry A., Andrew A. Armstrong. Icebreaker Healy cruise report. ‒ (Univ. of New Hampshire, September 20, 2008), 179 р.
  25. Mukasa S. B., Andronikov A., Brumley K., Mayer L.A., Armstrong A. Basalts from the Chukchi Borderland: 40Ar/39Ar аges and geochemistry of submarine intraplate lavas dredged from the western Arctic Ocean // JGR Solid Earth. Vol. 125. Is.7. July 2020. doi: 10.1029/2019JB017604
  26. O’Brien T. M., Miller E.L., Benowits J.P., Meisling K.E., Dumitru T.A. Dredge samples from the Chukchi borderland: implications for paleogeographic reconstruction and tectonic evolution of the Amerasia Basin of the Arctic // Am. J. Sci. (AJS). 2016. Vol. 316. P. 873‒924.
  27. Ogg J. Geomagnetic polarity time scale. ‒ In: Geologic Time Scale, (Elsevier. NY. USA. 2020), P.159‒192.
  28. Pease V., Drachev S., Stephenson R., Zhang X. Arctic lithosphere — A review // Tectonophysics. 2014. Vol. 628. P.1‒25.
  29. Rowley D.G., Lottes A., Ziegler A.M. North America-Greenland Eurasia relative motions: Implications for Circum-Arctic tectonic reconstructions // Am. Assoc. Petrol. Geol. Bull. 1985. Vol. 69.
  30. Sweeney J.F., Weber J.R., Blasco S.M. Continental Ridges in the Arctic Ocean: LOREX constraints // Tectonophysics. 1982. Vol. 89. No. 1-3. P. 217‒237.
  31. Tchernychev M. Yu., Makris J. Fast calculations of gravity and magnetic anomalies based on 2D and 3D grid approach, (Proc. 66th SEG Meeting. Denver, 1996. Abstr.), P. 1136–1138.
  32. Vogt P.R., Taylor P.T., Kovacs L.C., Johnson G.L. The Canada Basin: Aeromagnetic constrains on structure and evolution // Tectonophysics. 1982. Vol. 89. P. 295‒336.
  33. Geosoft Oasis Montaj, www.geosoft.com/products/oasis-montaj, (Accessed 03.07.2018).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Bathymetric map of the Chukchi Borderland and the adjacent part of the Chukchi Sea shelf seismic data used in 3D modelling (according to [14])

Download (948KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Depth maps of the Mohorovichi surface (a) and depth of the basement surface (b) extracted from the 3D crustal model of the Chukchi Borderland and the Chukchi Basin calculated and constructed using Grav3D [31] and Oasis Montaj [33]

Download (650KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. 3D model section of the Earth's crust along the Chukchi Basin-Chukchi Plateau-Northwind Ridge-Canadian Basin profile. Profile position - see Fig. 1. (a) - plots of observed and calculated gravity field anomalies; (b) - section of the Earth crust model. 1 - sea water; 2 - Neogene sedimentary rocks; 3 - Paleogene sedimentary rocks; 4 - Cretaceous sedimentary rocks; 5 - upper crust; 6 - lower crust; 7 - mantle

Download (473KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. 3D model section of the Earth's crust along the profile Chukchi Basin-North slope of the North Chukchi Basin-Chukchi Rise-Canadian Basin. Profile position - see Fig. 1. (a) - plots of observed and calculated gravity field anomalies; (b) - section of the Earth crust model. 1 - seawater; 2 - Neogene sedimentary rocks; 3 - Paleogene sedimentary rocks; 4 - Cretaceous sedimentary rocks; 5 - upper crust; 6 - lower crust; 7 - mantle

Download (495KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. 3D model section of the Earth's crust along the profile of the North Chukchi Basin - North Chukchi Rise - Khanna Trough (Colville Basin). Profile position - see Fig. 1. (a) - plots of observed and calculated gravity field anomalies; (b) - section of the Earth crust model. 1 - seawater; 2 - Neogene sedimentary rocks; 3 - Paleogene sedimentary rocks; 4 - Cretaceous sedimentary rocks; 5 - upper crust; 6 - lower crust; 7 - mantle

Download (456KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. View of the 3D crustal structure model of the Chukchi Borderland in the direction from the southwest. The combination of the model with the Arktika-2012 GSZ-MPV profile is shown (based on data [22])

Download (391KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Sampling points and geological exploration sites on the Chukchi Rise and schematic map of rocks on Wrangel Island. Vrangel Island, showing the analogy of age and material composition of rocks of these areas. 1 - frontal thrust lines; 2 - shear structures; 3 - boundaries of heterogeneous blocks of the Earth's crust; 4 - sampling points and age of selected rocks on the Northwind Ridge

Download (628KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Crustal zoning of the Chukchi Borderland, Chukchi Basin, and part of the Chukchi shelf according to the 3D-modelling data. The block boundaries are superimposed on the map of gravity anomalies in the Faya reduction (a) and the map of magnetic anomalies (b). Earth crust blocks (Arabic numerals in circles): 1 - Wrangel Rise; 2 - Chukchi Rise; 3 - North Chukchi Rise; 4 - North Chukchi Trough; 5 - Northeast slope of the North Chukchi Trough; 6 - Chukchi (Toll) Basin; 7 - Mendeleev Rise; 8 - Mendeleev Basin; 9 - Canadian Oceanic Basin; 10 - Canadian Basin (stretched continental crust); 11 - Hanna Trough (Colville Basin). 1 - frontal thrust lines; 2 - shear structures; 3 - boundaries of heterogeneous crustal blocks

Download (756KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».