Geodynamic conditions of formation of the modern structure of the Andrew-Bain transform fault (south‒west Indian Ocean): experimental modeling

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

The Andrew-Bain transform fault separates two parts of the Southwest Indian Ridge (Indian Ocean), different in their structure and evolution. It stands out among other transform faults by its complex structure, which includes troughs and areas of oblique extension. To identify the geodynamic conditions of formation of the modern structural pattern of the Andrew-Bain transform fault, experimental modeling was carried out, which reproduced the formation of the modern structure of the transform fault. In experiments, we obtained several strike-slip zones, which changed their position, and also were obtained overlapping strike-slip zones and extension axes, corresponding to the currently inactive area of the oblique extension of the transform fault eastern part. The main factors that determined the formation of the structural pattern of the fault zone are (i) the obliquity of the adjacent spreading segments relative to the spreading direction, and (ii) the initially specified lens-like shape of the transform domain. The formation of the lens-like shape was reproduced in a separate experimental series. It is assumed that the thermal influence of the Marion plume under transtension conditions could have led to local compression in the area of the northeastern edge of the transform fault. These conditions differ significantly from other similar examples, where the formation of a complex structural pattern occurred exceptionally under the influence of kinematic reorganization of the boundaries of lithospheric plates without a significant influence of thermal anomalies. The combined influence of these two factors and, as a consequence, the formation of the lens-shaped structure for the Andrew-Bain transform fault was possible in the period 52‒40 Ma ago during a change in the spreading direction on the Southwestern Indian Ridge, which coincided with the pulse of magmatic activity of the Marion plume.

About the authors

V. A. Bogoliubskii

Lomonosov Moscow State University, The Earth Science Museum; Lomonosov Moscow State University, Faculty of Geology; Geological Institute, Russian Academy of Sciences

Email: bogolubskiyv@gmail.com
bld. 1, Leninskiye Gory, 119991 Moscow, Russia; bld. 1, Leninskiye Gory, 119991 Moscow, Russia; bld. 7, Pyzhevsky per., 119017 Moscow, Russia

E. P. Dubinin

Lomonosov Moscow State University, The Earth Science Museum; Lomonosov Moscow State University, Faculty of Geology

Email: bogolubskiyv@gmail.com
bld. 1, Leninskiye Gory, 119991 Moscow, Russia; bld. 1, Leninskiye Gory, 119991 Moscow, Russia

N. M. Sushchevskaya

Vernadsky Institute of Geochemistry and Analytical Chemistry, Russian Academy of Sciences

Email: bogolubskiyv@gmail.com
bld. 19, Kosygin str., 119991 Moscow, Russia

A. L. Grokholskiy

Lomonosov Moscow State University, The Earth Science Museum

Author for correspondence.
Email: bogolubskiyv@gmail.com
bld. 1, Leninskiye Gory, 119991 Moscow, Russia

References

  1. Боголюбский В.А., Дубинин Е.П., Грохольский А.Л. Трансформные и нетрансформные смещения западной части Юго-Западного Индийского хребта (экспериментальное моделирование) // Геотектоника. 2025. № 1. С. 104‒124. doi: 10.31857/S0016853X25010068.
  2. Добролюбова К.О. Линзовидные расширения в активной части трансформных разломов: морфология, геодинамика, эволюция. ‒ В сб.: Тектоника и геодинамика Земной коры и мантии: фундаментальные проблемы-2023. ‒ Мат-лы LIV Тектонического совещания. ‒ М.: ГЕОС, 2023. Т. 1. С. 144–148.
  3. Добролюбова К.О. Эволюция, геодинамика и морфология линзовидных расширений в активной части трансформных разломов: сравнительный анализ и кинематическая модель // Геотектоника. 2025. № 2. С. 32–53. doi: 10.31857/S0016853X25020021.
  4. Дубинин Е.П. Геодинамические обстановки образования микроконтинентов, погруженных плато и невулканических островов в пределах континентальных окраин // Океанология. 2018. Т. 58. № 3. С. 463–475. doi: 10.7868/S0030157418030115.
  5. Дубинин Е.П., Рыжова Д.А., Чупахина А.И., Грохольский А.Л., Булычев А.А. Строение литосферы и условия формирования подводных поднятий приантарктического сектора Южной Атлантики на основе плотностного и физического моделирования // Геотектоника. 2023. № 4. С. 32–55. doi: 10.31857/S0016853X23040057.
  6. Дубинин Е.П., Чупахина А.И., Грохольский А.Л. Физическое моделирование условий формирования подводных поднятий Метеор и Айлос Оркадас (Южная Атлантика) // Океанология. 2023. Т. 63. № 3. С. 482–491. doi: 10.31857/S0030157423030048.
  7. Пейве А.А. Аккреция океанической коры в условиях косого спрединга // Геотектоника. 2009. № 2. С. 5–19.
  8. Пейве А.А., Сколотнев С.Г. Особенности составов базальтов западной части разлома Эндрю-Бейн Юго-Западно-Индийского хребта // ДАН. 2017. Т. 477. № 4. С. 441–447. doi: 10.7868/S0869565217340126.
  9. Пейве А.А., Сколотнев С.Г., Лиджи М., Турко Н.Н., Бонатти Э., Колодяжный С.Ю., Чамов Н.П., Цуканов Н.В., Барамыков Ю.Е., Ескин А.Е., Гриндли Н., Склейтер Д., Брунелли Д., Перцев А.Н., Чиприани А., Бортолуци Д., Меркюри Р., Паганелли Е., Мучини Ф., Такеучи Ч., Зафанини Ф., Добролюбова К.О. Исследования зоны трансформного разлома Эндрю- Бейн (Африкано-Антарктический регион) // ДАН. 2007. Т. 416. № 1. С. 477–480.
  10. Пущаровский Ю.М., Пейве А.А., Разницин Ю.Н., Базилевская Е.С. Разломные зоны Центральной Атлантики. ‒ Под ред. Ю. М. Пущаровского. ‒ М.: ГЕОС, 1995. 160 с. (Тр. ГИН РАН. Вып. 495).
  11. Сколотнев С.Г., Санфилиппо А., Пейве А.А., Мучини Ф., Соколов С.Ю., Сани К., Добролюбова К.О., Феррандо К., Чамов Н.П., Перцев А.Н., Грязнова А.С., Шолухов К.Н., Бич А.С. Новые данные по строению мегатрансформной системы Долдрамс (Центральная Атлантика) // ДАН. Науки о Земле. 2020. Т. 491. № 1. С. 29–32. doi: 10.31857/S2686739720030184.
  12. Соколов С.Ю. Тектоника и геодинамика Экваториального сегмента Атлантики. ‒ Отв. ред. К.Е. Дегтярев. ‒ М.: Научный мир, 2018. 269 с. (Тр. ГИН РАН. Вып. 618).
  13. Соколов С.Ю., Добролюбова К.О., Турко Н.Н. Связь поверхностных геолого-геофизических характеристик с глубинным строением Срединно-Атлантического хребта по данным сейсмотомографии // Геотектоника. 2022. № 2. С. 3–20. doi: 10.31857/S0016853X22020060.
  14. Соколов С.Ю., Зарайская Ю.А., Мазарович А.О., Ефимов В.Н., Соколов Н С. Пространственная неустойчивость рифта в полиразломной трансформной системе Сан-Паулу, Атлантический океан // Геотектоника. 2016. № 3. С. 3–18. doi: 10.7868/S0016853X16030115.
  15. Сущевская Н.М., Щербаков В.Д., Пейве А.А., Дубинин Е.П., Беляцкий Б.В., Жилкина А.В. Формирование океанической коры в пределах района разломной зоны Эндрю-Бейн Юго-Западного Индийского хребта (по данным петролого-геохимического изучения) // Геохимия. 2024. Т. 69. № 1. С. 3–20. doi: 10.31857/S0016752524010016.
  16. Шеменда А.И. Критерии подобия при механическом моделировании тектонических процессов // Геология и геофизика. 1983. № 10. С. 10–19.
  17. Armienti P., Longo P. Three-dimensional representation of geochemical data from a multidimensional compositional space // Int. J. Geosci. 2011. No. 2. P. 231‒239. doi: 10.4236/ijg.2011.23025.
  18. Bernard A., Munchy M., Rotstein Y., Sauter D. Refined spreading history at the Southwest Indian Ridge for the last 96 Ma, with the aid of satellite gravity data // Geophys. J. Int. 2005. Vol. 162. P. 765–778. doi: 10.1111/j.1365-246X.2005.02672.x.
  19. Bonatti E., Brunelli D., Buck W.R., Cipriani A., Fabretti P., Ferrante V., Gasperini L., Ligi M. Flexural uplift of a lithospheric slab near the Vema transform (Central Atlantic): Timing and mechanisms // Earth and Planet. Sci. Lett. 2005. Vol. 240. Is. 3–4. P. 642–655. doi: 10.1016/j.epsl.2005.10.010.
  20. Bonatti E., Ligi M., Gasperini L., Peyve A., Raznitsin Y., Chen Y.J. Transform migration and vertical tectonics at the Romanche fracture zone, equatorial Atlantic // J. Geophys. Res. 1994. Vol. 99. No. B11. P. 21779–21802. doi: 10.1029/94JB01178.
  21. Bonatti E., Seyler M., Sushevskaya N. A сold suboceanic mantle belt at the Earth’s Equator // Science. 1993. Vol. 261. P. 315–320. doi: 10.1126/science.261.5119.315.
  22. Breton T., François N., Pichat S., Moinea B.,. Moreirad M., Rose-Kogaa E.F., Auclaira D., Bosqa C., Wavranta L.-M. Geochemical heterogeneities within the Crozet hotspot // Earth and Planet. Sci. Lett. 2013. Vol. 376. P. 126–136. doi: 10.1016/j.epsl.2013.06.020.
  23. Cande S. C., Patriat P. The anticorrelated velocities of Africa and India in the Late Cretaceous and early Cenozoic // Geophys. J. Int. 2015. Vol. 200. Is. 1. P. 227–243. doi: 10.1093/gji/ggu392.
  24. Davis J.K. The breakup of East Gondwana: insights from plate modeling, basin analysis, and numerical experiments. ‒ PhD Thesis. Univ. of Texas at Austin, Austin, USA. 2017. 166 p.
  25. Debayle E., Lévêque J.J. Upper mantle heterogeneities in the Indian Ocean from waveform inversion // Geophys. Res. Lett. 1997. Vol. 24. No. 3. P. 245–248. doi: 10.1029/96gl03954.
  26. DeMets C., Merkouriev S., Sauter D. High-resolution estimates of Southwest Indian Ridge plate motions, 20 Ma to present // Geophys. J. Int. 2015. Vol. 203. P. 1495–1527. doi: 10.1093/gji/ggv366.
  27. DeMets C., Merkouriev S., Sauter D. High resolution reconstructions of the Southwest Indian Ridge, 52 Ma to present: implications for the breakup and absolute motion of the Africa plate // Geophys. J. Int. 2021. Vol. 226. Is. 3. P. 1461–1497. doi: 10.1093/gji/ggab107.
  28. Gale A., Langmuir C.H., Coolleen A., Dalton C.A. The Global systematics of ocean ridge basalts and their origin // J. Petrol. 2014. Vol. 55. Iss. 6. P. 1051–1082. doi: 10.1093/petrology/egu017.
  29. Georgen J.E., Lin J. Plume-transform interactions at ultra-slow spreading ridges: Implications for the Southwest Indian Ridge // Geochem., Geophys., Geosyst. (G3). 2003. Vol. 4. No. 9. Art. 9106. doi: 10.1029/2003GC000542.
  30. Georgen J.E., Lin J., Dick H.J.B. Evidence from gravity anomalies for interactions of the Marion and Bouvet hotspots with the Southwest Indian Ridge: Effects of transform offsets // Earth and Planet. Sci. Lett. 2001. Vol. 187. P. 283‒300. doi: 10.1016/S0012-821X(01)00293-X.
  31. Hoernle K., Schwindrofska A., Werner R., van den Bogaard P., Hauff P., Uenzelmann-Neben G., Garbe-Schönberg D. Tectonic dissection and displacement of parts of Shona hotspot volcano 3500 km along the Agulhas-Falkland Fracture Zone // Geology. 2016. Vol. 44. No. 4. P. 263–266. doi: 10.1130/G37582.1.
  32. Hofmann A.W. Sampling Mantle Heterogeneity through Oceanic Basalts: Isotopes and Trace Elements. ‒ In: Treatise on Geochemistry. ‒ NY, Elsevier. 2003. Vol. 3. P. 61–101. doi: 10.1016/B0-08-043751-6/02123-X.
  33. Horner-Johnson B.C., Gordon R.G., Argus D.F. Plate kinematic evidence for the existence of a distinct plate between the Nubian and Somalian plates along the Southwest Indian Ridge // J. Geophys. Res. 2007. Vol. 112. Is. B5. B05418. doi: 10.1029/2006JB004519.
  34. Lemaux J. (II), Gordon R.G., Royer J.-Y. Location of the Nubia-Somalia boundary along the Southwest Indian Ridge // Geology. 2002. Vol. 30. No. 4. P. 339–342. doi: 10.1130/0091-7613(2002)030<0339:LOTNSB>2.0.CO;2.
  35. Ligi M., Bonatti E., Gasperini L., Poliakov A.N.B. Oceanic broad multi-fault transform plate boundaries // Geology. 2002. Vol. 30. No. 1. P. 11–14. doi: 10.1130/0091-7613(2002)030<0011:OBMTPB>2.0.CO;2.
  36. Mahoney J., Le Roex A.P., Peng Z., Fisher R.L., Hatland J.H. Southwestern limits of Indian Ocean Ridge mantle and the origin of low 206Pb/204Pb Mid-Ocean Ridge basalt: Isotope systematics of the Central Southwest Indian Ridge (17°‒50°E) // J. Geophys. Res. 1992. Vol. 97. No. B13. P. 19771–19790. doi: 10.1029/92JB01424.
  37. Meyer B., Saltus R., Chulliat A. EMAG2v3: Earth Magnetic Anomaly Grid (2-arc-minute resolution). Vers. 3. ‒ NOAA National Centers for Environmental Information. Available from: https://www.ncei.noaa.gov/access/metadata/landing-page/bin/iso?id=gov.noaa.ngdc.mgg.geophysical_models:EMAG2_V3 (Last Accessed 01.10.2022). doi: 10.7289/V5H70CVX.
  38. Royer J.-Y., Patriat P., Bergh H.W., Scotese C.R. Evolution of the Southwest Indian Ridge from the Late Cretaceous (anomaly 34) to the Middle Eocene (anomaly 20) // Tectonophysics. 1988. Vol. 155. Is. 1–4. P. 235‒260. doi: 10.1016/0040-1951(88)90268-5.
  39. Ryan W.B.F., Carbotte S.M., Coplan J., O’Hara S., Melkonian A., Arko R., Weissel R.A., Ferrini V., Goodwillie A., Nitsche F., Bonczkowski J., Zemsky R. Global Multi-Resolution Topography (GMRT) synthesis data set // Geochem. Geophys. Geosyst. (G3). 2009. Vol. 10. Q03014. doi: 10.1029/2008GC002332.
  40. Sandwell D.T., Müller R.D., Smith W.H.F., Garcia E., Francis R. New global marine gravity model from CryoSat-2 and Jason-1 reveals buried tectonic structure // Science. 2014. Vol. 346. No. 6205. P. 65–67. doi: 10.1126/science.1258213.
  41. Sauter D., Cannat M. The ultraslow spreading Southwest Indian Ridge. ‒ In: Diversity of Hydrothermal Systems on Slow Spreading Ocean Ridges. ‒ Ed. by P.A. Rona, C.W. Devey, J. Dyment, B.J. Murton (Geophys. Monogr. Ser. Vol. 188., Washington, DC, USA, 2010.). P. 153–173. doi: 10.1029/2008GM00843.
  42. Sclater J.G., Grindlay N.R., Madsen J.A., Rommevaux-Jestin C. Tectonic interpretation of the Andrew Bain transform fault: Southwest Indian Ocean // Geochem., Geophys., Geosyst. (G3). 2005. Vol. 6. No. 9. Q09K10. doi: 10.1029/2005GC000951.
  43. Shemenda A.I., Grokholsky A.L. A formation and evolution of overlapping spreading centers (constrained on the basis of physical modelling) // Tectonophysics. 1991. Vol. 199. P. 389–404. doi: 10.1016/0040-1951(91)90180-Z.
  44. Shemenda A.I., Grocholsky A.L. Physical modeling of slow seafloor spreading // J. Geophys. Res. 1994. Vol. 99. P. 9137–9153. doi: 10.1029/93JB02995/.
  45. Takeuchi C. S. Transform faults and lithospheric structure: Insights from numerical models and shipboard and geodetic observations. ‒ PhD Thesis. Univ. of California, San Diego, USA. 2012. 156 p.
  46. Takeuchi C.S., Sclater J.G., Grindlay N.R., Madsen J.A., Rommevaux-Jestin C. Segment-scale and intra-segment lithospheric thickness and melt variations near the Andrew-Bain mega-transform fault and Marion hot-spot: Southwest Indian Ridge, 25.5°E–35°E // Geochem., Geophys. Geosyst. (G3). 2010. Vol. 11. No. 7. Q07012. doi: 10.1029/2010GC003054.
  47. Thompson J.O., Moulin M., Aslanian D., de Clarens P., Guillocheau F. New starting point for the Indian Ocean: Second phase of breakup for Gondwana // Earth-Sci. Rev. 2019. Vol. 191. P. 26–56. doi: 10.1016/j.earscirev.2019.01.01.
  48. Yu X., Dick H., Li X.H., You C.F., Hui D.Y., Hang H. The geotectonic features of the Southwest Indian Ridge and its geodynamic implications // Chin. J. Geophys. 2020. Vol. 63. No. 10. P. 3585‒3603. doi: 10.6038/cjg2020N0230.
  49. Zhang F., Lin J., Zhou Z., Yang H., Morgan J.P. Mechanism of progressive broad deformation from oceanic transform valley to off-transform faulting and rifting // The Innovation. 2022. Vol. 3. No. 1. 100193. Doi: https://doi.org/10.1016/j.xinn.2021.100193.
  50. Zhang T., Lin J., Gao J.Y. Interactions between hotspots and the Southwest Indian Ridge during the last 90 Ma: Implications on the formation of oceanic plateaus and intra-plate seamounts // Sci. China Earth Sci. 2011. Vol. 54. P. 1177–1188. doi: 10.1007/s11430-011-4219-9.
  51. Zhou H., Dick H.J.B. Thin crust as evidence for depleted mantle supporting the Marion Rise // Nature. 2013. Vol. 494. Art. 7436. P. 195–200. doi: 10.1038/nature11842.
  52. Agisoft Metashape. URL: https://www.agisoft.com/. Accessed January, 2025.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 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».