научная статья по теме ОБЩЕКОРОВАЯ СКЛАДЧАТОСТЬ МОБИЛЬНЫХ ПОЯСОВ Математика

Текст научной статьи на тему «ОБЩЕКОРОВАЯ СКЛАДЧАТОСТЬ МОБИЛЬНЫХ ПОЯСОВ»

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2007, том 415, № 5, с. 646-650

= ГЕОЛОГИЯ

УДК 552

ОБЩЕКОРОВАЯ СКЛАДЧАТОСТЬ МОБИЛЬНЫХ ПОЯСОВ

© 2007 г. А. Ю. Кисин, академик РАН В. А. Коротеев

Поступило 27.02.2007 г.

Известно, что при коллизионных процессах земная кора утолщается и подвергается структурно-вещественным преобразованиям. Термины типа "синколлизионный метаморфизм (магматизм)" широко употребляются в современной научной литературе. Но каков механизм утолщения коры при коллизионном сжатии, и каким путем идет локализация энергии, приводящая к структурно-вещественным преобразованиям коры? Это актуальные проблемы современной геологии, по которым имеются различные точки зрения. Ранее [1, 2] мы уже высказывались по этим проблемам, показав, что их решение возможно и с позиций волнообразных деформаций коры при ориентированном горизонтальном сжатии, впоследствии названной "общекоровой складчатостью" (ОС) [3].

Со времен Э. Аргана, выделившего "складки фундамента", проблема складчатых деформаций коры затрагивалась многими исследователями, но сам механизм складкообразования и вызванные складчатостью геологические процессы преобразования коры оставались теоретически и экспериментально недостаточно изученными. В представлении некоторых исследователей складки коры отличались от пологой изоклинальной складчатости осадочного чехла лишь масштабами [4, 5 и др.]. Предложенная авторами теоретическая модель продольного изгиба коры [1, 2] к настоящему времени претерпела некоторые изменения и дополнения, что и отражено в данной публикации. В основу модели положены современные представления о реологически расслоенной коре и возможности горизонтального проскальзывания отдельных ее слоев относительно других [6 и др.].

Потеря изгибной устойчивости коры при горизонтальном сжатии. Согласно модели реологически расслоенной коры, ее условно можно разделить на верхнюю (упругую) и нижнюю (пластичную). Верхняя кора рассматривается как компетентный слой,

Институт геологии и геохимии им. АН. Заварицкого Уральского отделения Российской Академии наук, Екатеринбург

граничащий с двумя некомпетентными слоями: ультрапластичной атмосферой (гидросферой) и нижней корой (рис. 1а). Температура и литостатическое давление возрастают с глубиной. Деформации протекают в масштабах геологического времени. Основываясь на математических расчетах, Д. Тёркот и Дж. Шуберт [7] показали, что для потери изгибной устойчивости коры при горизонтальном сжатии потребуются невероятно большие напряжения, из чего они сделали заключение о нереальности такого процесса. Но образование надвигов соответствующего масштаба по их представлениям вполне реально. Как было показано в [8], надвиг и продольный изгиб являются "тектонопарой". Следовательно, образование надвига в верхней коре вызовет потерю ее изгибной устойчивости (рис. 1а). Это только один из возможных вариантов. Напряжения - величина векторная и любая крупная неоднородность в верхней коре приведет к перераспределению поля напряжений и потере ее изгибной устойчивости (рис. 2). Потеря изгибной устойчивости коры на одном участке немедленно вызовет зарождение складчатости на всей площади тектонических напряжений.

Основные элементы ОС. При положительном продольном изгибе (рис. 16) выше нейтральной поверхности (НП) возникают условия растяжения, что может привести к образованию осевого грабена и накоплению в нем осадков. Ниже НП реализуются условия сжатия, трансформация механической энергии в другие виды энергии, в том числе и в тепловую, что приводит к быстрому разогреву больших объемов пород. Напряжения при изгибе прямо пропорциональны расстоянию до НП. Максимальное поглощение энергии происходит у подошвы верхней коры. Утолщение коры в зоне сжатия и выжимание разогретого пластичного материала в основание грабена вызывает возникновение поперечного изгиба, развивающегося на фоне продольного. Граница К смещается незначительно, преимущественно вниз. Нижняя кора испытывает горизонтальное сжатие и также утолщается, усиливая поперечный изгиб верхней коры. На нижнюю кору оказывается и дополнительная вертикальная нагрузка, обусловленная

Атмосфера (гидросфера) некомпетентный слой 1 2

(а) Верхняя кора компетентный слой

К Нижняя кора некомпетентный слой

М Верхняя мантия компетентный слой

Отрицательный изгиб Положительный изгиб

20 17 16

Гранит-зеленосланцевый блок

Рис. 1. Динамика развития общекоровой складчатости. а - реологически расслоенная кора и потеря ее изгибной устойчивости; б - основные элементы ОС; в - структурно-вещественные преобразования коры при изгибе; г - трансформация ОС в чешуйчато-надвиговые структуры. 1 - надвиг; 2 - изгибающие моменты; 3 - нейтральная поверхность; 4 - трещины скалывания (клинодислокации), околонадвиговые валы; 5 - зона пластического сдвига; 6 - синсклад-чатые осадочные образования; 7, 8 - зоны сжатия в верхней (7) и в нижней коре (8); 9 - зона сжатия; 10,11 - зоны растяжения в верхней (10) и в нижней коре (11); 12 - магматический очаг; 13 - область разогрева и высокобарического метаморфизма; 14 - куполовидные структуры; 15 - высокоградиентный зональный метаморфизм; 16 - область разогрева и высокобарического метаморфизма в нижней коре; 17 - область разогрева и низкобарического метаморфизма; 18 - область мегабрекчирования и мелкой складчатости; 19 - область разогрева и зеленосланцевого метаморфизма; 20 - область разогрева и низкобарического (зеленокаменного) метаморфизма; 21 - направление разворота плоскости надвига при изгибе; 22 - направление разворота плоскости надвига в результате простого горизонтального сдвига; 23 - высокометаморфизованные породы; 24 - гранулиты; 25 - зеленокаменные породы, амфиболиты; 26 - дайковый комплекс; 27 - основные тектонические срывы; 28 - пластический сдвиг.

Рис. 2. Некоторые возможные варианты потери изгибной устойчивости реологически расслоенной коры: а - "жесткий блок" в основании верхней коры; б - "квазипластичный блок" в основании верхней коры; в - "седиментационный бассейн"; г - "выступ фундамента". 1 - верхняя кора; 2 - нижняя кора; 3 - "жесткий блок"; 4 - "квазипластичный блок"; 5 - "седиментационный бассейн".

вдавливанием блока верхней коры по пограничным надвигам. Граница М прогибается вниз.

При отрицательном изгибе зона сжатия располагается выше НП, в области холодных и хрупких пород, находящихся под небольшой ли-тостатической нагрузкой. Для обеспечения изгиба в этих условиях закладывается тектонический клин-горст (или их система), происходит мега-брекчирование пород верхних горизонтов и пли-кативные деформации осадочных толщ. На краях структуры образуются пологие сколы, типа ша-рьяжей. Ближе к НП, с ростом литостатической нагрузки горизонтальное сжатие вызывает незначительный разогрев и рассланцевание пород. Ниже НП реализуются условия горизонтального растяжения и вертикального сжатия, вызывая хрупко-пластичные деформации в верхней коре и пластические в нижней, сопровождаемые некоторым разогревом пород. Предполагается, что в результате разогрева и декомпрессии глубоких горизонтов коры в основании тектонического клина может сформироваться магматический очаг, "запертый" стрессовым давлением на верхних горизонтах. Утонение коры в зоне горизонтального растяжения ведет к смещению границ К и М вверх относительно смежных положительных структур. Нижняя кора испытывает дополнительное верти-

кальное растяжение за счет выдавливания блока верхней коры по системе надвигов вверх.

Структурно-вещественные преобразования коры. При положительном изгибе зона растяжения приходится на холодные и трещиноватые породы, что с учетом вертикального градиента растягивающих напряжений требует минимальной энергии для закладывания грабена (рис. 2в). Следовательно, этот процесс не сопровождается метаморфизмом. Напротив, разогрев пород в зоне сжатия вызовет их прогрессивный метаморфизм при повышенных РТ-условиях. Часть энергии расходуется на реакции дегидратации, ведущие к повышению плотности пород и отделению восстановленных флюидов. Рост температуры, всестороннего и флюидного давлений повышает пластичность пород. Наличие в верхней коре вертикального градиента стрессовых напряжений ведет к возникновению пластичных и квазипластичных потоков в основание грабена. Эти потоки переносят тепловую энергию и передают давление с нижних горизонтов на верхние, что ведет к формированию куполовидных структур и высокоградиентного зонального метаморфизма в их обрамлении, а флюиды способствуют процессам гранитизации. Нижняя кора не имеет вертикального градиента стрессо-

вых напряжений и по этой причине при горизонтальном сжатии только утолщается.

При отрицательном изгибе верхние горизонты остаются холодными. Ниже, с ростом литостатической нагрузки стрессовое давление вызывает разогрев пород и их метаморфизм, достигающий зеленосланцевой фации. Ниже НП в условиях растяжения вероятен зеленокаменный метаморфизм, переходящий с глубиной в метаморфизм эпидот-амфиболитовой и амфиболитовой фаций, при участии флюидов, освобожденных при растяжении. Магматический очаг, расположенный в коре, периодически разгружается, образуя малые и кольцевые интрузии в горстовой структуре. Надвиги, разделяющие изгибы коры, в процессе деформации испытывают вращение, стремясь к вертикальному положению. Одновременно вся земная кора испытывает простой сдвиг (в физическом смысле) в горизонтальной плоскости, который легче всего реализуется в пластичных породах. Поэтому в начале образования ОС простой сдвиг почти полностью локализован в нижней коре, но его развитию препятствует упругость и сплошность верхней коры, еще не способной к значительным горизонтальным перемещениям. По мере разогрева верхней коры пластичность ее нижних горизонтов также возрастает и она все в большей степени испытывает деформации простого сдвига.

Завершение ОС. В процессе развития ОС верхняя кора проскальзывает по кровле нижней коры, а нижняя кора проскальзывает по поверхности верхней мантии (рис. 2г). Одновременно обе пластины испытывают деформации простого сдвига. В верхней коре это приводит к вращению и искривлению плоскостей надвигов: приобретение ими пад

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.

Показать целиком