ГЕОТЕКТОНИКА, 2012, № 1, с. 53-76
УДК 551.243
СУБДУКЦИЯ СПРЕДИНГОВЫХ ХРЕБТОВ КАК ФАКТОР РАЗВИТИЯ
КОНТИНЕНТАЛЬНЫХ ОКРАИН
© 2012 г. М. Г. Ломизе1, М. В. Лучицкая2
1 Геологический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова, 119234 Москва, Воробьевы горы, д. 1 2 Геологический институт РАН, 119017Москва, Пыжевский пер., д. 7 Поступила в редакцию 12.05.2011 г.
Субдукция спрединговых хребтов создает особую геодинамическую обстановку — пересечение конвергентной и дивергентной границ между литосферными плитами и их длительное взаимодействие, при котором формируются характерные геологические комплексы и структуры. Исследования современной субдукции Чилийского хребта дают основу для реконструкции подобных обстановок прошлого. Субдукция хребта приподымает край континента и срезает аккреционную призму (посредством тектонической эрозии); формирует складчато-надвиговые структуры и продольные сдвиги; создает условия для обдукции молодой океанической литосферы. Под континентом на продолжении оси хребта раскрывается литосферное окно, выраженное в геолого-геофизических данных. Над ним прекращается вулканизм субдукционного пояса, но проявляется другой, специфический магматизм — как вблизи границы с океаном (проксимальный), так и в обширных ареалах на удалении от нее (дистальный). Первый, бимодальный, развивается на основе толеит-базальтовой магмы хребта, начинающего субдуцировать, а также путем частичного плавления его океанической коры и осадочного материала. Второй, базальтовый, генерируется частичным плавлением недепле-тированной океанической астеносферы (подымающейся в литосферное окно) с последующим преобразованием магмы в мантийном клине и коре континента.
Использование чилийского тектонотипа при палеореконструкциях ограничено многообразием обстановок субдукции хребтов. Анализ данных по палеогеновому магматизму тихоокеанской окраины Аляски, где кинематика субдукции была близка чилийской, указывает на большое сходство с проксимальными магматитами Чили, их составом и зональностью размещения. Но при этом удается обнаружить геологически обусловленные отличия. Другой аспект палеореконструкций обсуждается на материале по юрским и меловым гранитоидам Эконайского террейна Анадырско-Коряк-ской системы и террейнов Южной Аляски, которые известны как особый, аккреционный, тип гра-нитоидов преддуговой области, связанный с анатектическим магмообразованием без участия субдуцирующего хребта. Исходя из сравнения с чилийским тектонотипом, рассмотрены критерии разграничения гранитоидов разного происхождения.
Воздействие субдуцирующих хребтов на континентальные окраины менялось в геологическом времени и могло подчиняться ритму суперконтинентальных циклов.
ВВЕДЕНИЕ
Субдукция спрединговых хребтов создает совершенно особую геодинамическую обстановку — пересечение конвергентной и дивергентной границ между литосферными плитами и их длительное взаимодействие. На таком пересечении происходят перерождение и интерференция высокой тектоно-магматической активности, которая свойственна той и другой границам. Формируются характерные для новых условий геологические комплексы и структуры. Эти преобразования были замечены уже около сорока лет назад [17, 45, 51], в дальнейшем стали предметом специальных исследований [46, 62], но все еще недостаточно учитываются при изучении областей надсубдукционного происхождения.
Развитие представлений о геодинамических условиях субдукции спрединговых хребтов было тесно связано со становлением концепции лито-
сферных окон ("окон слэба") [17, 66]. При подо-двигании хребта в зону субдукции термодинамические условия резко меняются [16]. Магма, поднимаясь в осевой зоне спрединга, уже не охлаждается настолько, чтобы кристаллизоваться и наращивать расходящиеся края слэбов. Зазор между ними увеличивается сообразно скорости дивергенции плит, раскрывается литосферное окно. В дальнейшем, расширяясь, оно делает возможным прямое взаимодействие подстилающей слэбы океанической астеносферы с перекрывающим их мантийным клином континентального домена и создает особые условия магмогенеза (рис. 1Б) [17, 26, 67]. Размеры и форма литосфер-ного окна зависят от параметров относительного движения всех трех взаимодействующих плит (особенно важен соответствующий угол между осью спрединга и желобом), от конфигурации хребта (от системы его рифтов и трансформ) и от
120° 140° ' а__Эг Я
160° 180°
160°
140° 120°
100°
80°
60°
60° -
40° -
20°
0° -
20° -
40°
60°
■■л*
5
Рис. 1. Современные области субдукции спрединговых хребтов (А) и блок-диаграмма раскрывающегося в таких местах литосферного окна ("окна слэба"), где становится возможным перетекание и взаимодействие разделявшихся слэбом астеносферных масс океанического и континентального доменов (Б). По [46, 66], с дополнениями 1 — точки тройного сочленения на сопряжении спредингового хребта с зоной субдукции (хребты Эксплоурер, Кокос-Наска, Чилийский и Вудларк); 2 — спрединговые хребты; 3 — зоны субдукции; 4 — трансформные границы; 5 — векторы движения литосферных плит (в координатах горячих точек)
наклона каждого из расходящихся слэбов [29, 66]. Исходя из этого, определяют расчетное положение границ литосферного окна и их смещение во времени.
Переработка континентальных окраин в местах субдукции спрединговых хребтов — постоянный и закономерный элемент взаимодействия литосферных плит. Миграция такой обстановки
вдоль конвергентных границ вовлекает в процесс большие отрезки океанического обрамления, что увеличивает воздействие этого фактора на континентальные окраины [29].
Детальные исследования в местах современной и недавней субдукции спрединговых хребтов дают ключ к распознаванию подобных событий, их формаций и структур в более древних окраин-но-материковых складчатых областях. Мы рассмотрим возможности такого подхода, определившиеся к настоящему времени, а также некоторые ограничения, которые возникают при интерпретации магматических комплексов, формирующихся у глубоководного желоба
ОБЛАСТЬ СОВРЕМЕННОЙ СУБДУКЦИИ ЧИЛИЙСКОГО СПРЕДИНГОВОГО ХРЕБТА (ТЕКТОНОТИП)
Известно лишь несколько областей, где в настоящее время зоны спрединга взаимодействуют с зонами субдукции. Все они приурочены к тихоокеанскому обрамлению (рис. 1А): спрединговый хребет Эксплоурер субдуцирует под континент Северной Америки северо-западнее о-ва Ванкувер; хребет Кокос-Наска — под панамскую окраину Карибской плиты; Чилийский хребет — под континентальную окраину Южной Америки; зона спрединга бассейна Вудларк — под Соломонову островную дугу. Наиболее представительна область субдукции Чилийского спредингового хребта, разделяющего плиты Наска и Антарктическую. Проявления субдукции хребта и глубинных процессов, обусловленных ею, прослеживаются от глубоководного желоба далеко за Анды на расстояние до 700 км, а в напряженном состоянии коры они заметны, по-видимому, еще восточнее.
Когда Р.С. Маршак и Д.Э. Кариг [45] впервые связали проявления магматизма на краю глубоководного желоба с субдукцией спредингового хребта (на примере палеогена Алеутской дуги), они предсказали вероятность подобного же магматизма на современной активной окраине юга Чили. Уже через несколько лет, в 1983—1984 годах, Р. Форзит и Э. Нельсон специально исследовали побережье в районе полуострова Тайтао, где суб-дуцирует Чилийский спрединговый хребет, и обнаружили молодые изверженные образования, горячие термы и следы недавних тектонических деформаций [25]. С тех пор этот в своем роде уникальный объект изучается геологами многих стран.
Субдукция Чилийского хребта началась в среднем миоцене (16—13 млн. лет назад) на юге континента (около 52° ю.ш.). Сообразно конфигурации хребта (левосторонняя система рифтов/трансформ) она происходила прерывисто, по сегментам, разделенным трансформными разло-
мами, при этом точка тройного сочленения Чилийского хребта (ТСЧ) типа "хребет-желоб—желоб" смещалась на север [11, 13]. Приблизительно 6 млн. лет назад в субдукцию была вовлечена осевая зона сегмента между трансформами Эсме-ральда и Трес Монтес, а затем и следующего сегмента — до трасформы Тайтао (рис. 2). В настоящее время субдуцирует сегмент между трансформами Тайтао и Дарвин, где вблизи полуострова Тайтао, на 46 ° 12' ю.ш. находится современная ТСЧ, которая смещается на север со скоростью около 16 см/год [33]. Отсюда, от ТСЧ, берет начало уходящее под континент литосферное окно, определяемое расчетом кинематики трех взаимодействующих плит и выраженное в геолого-геофизических данных. Его быстрому разрастанию при скорости спрединга (половинной) около 4 см/год способствовала ориентировка рифтов Чилийского хребта (под очень острым углом к желобу) и большая разница между скоростями плит Наска и Антарктической по отношению к Южной Америке (современные скорости 8.5 и 1.8 см/год соответственно).
Геофизическое выражение. Тепловое воздействие снизу прослеживается сначала в узкой зоне над субдуцирующими осевыми рифтами хребта, а дальше — над все более обширной областью раскрывающегося литосферного окна. По данным глубоководного бурения температурный градиент на склоне желоба непосредственно над субду-цирующим рифтом в районе ТСЧ достигает 80— 100°С/км, а на п-ве Тайтао в 20 км от конвергентной границы известны горячие источники с температурой до 94°С [40]. На удалении сотен километров от этой границы, над основным полем ли-тосферного окна в Патагонии, наблюдается термальная аномалия, где температурный градиент в верхах коры достигает 50°С/км [29], а на смежном отрезке Анд тепловой поток повышен приблизительно до 160 мВт/м2 [58]. Под термальной аномалией обнаруживается пониженная вязкость астеносферы (4—8 х 1018 Па с), которая определена по ускоренной изостатической реакции на меняющуюся нагрузку наступающих и отступающих покровных ледников [18]. Там же выявлена отрицательная аномалия Буге (до —160 м1ал) [58].
Изображение литосферного окна дает сейсмическая томография, которой охвачен до глубин около 200 км весь район ТСЧ: от 43 до 50° ю.ш. и на 400 км от желоба вглубь континента [57] (рис. 3А). Отчетливо прослеживается наклонный слэб На-ска. Он резко ограничен продолжение
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.