ГЕОТЕКТОНИКА, 2009, № 4, с. 63-83
УДК 551.24.01(238.1)
ПОЗДНЕКАЙНОЗОЙСКАЯ ГЕОДИНАМИЧЕСКАЯ ЭВОЛЮЦИЯ ЦЕНТРАЛЬНОГО СЕГМЕНТА АНДИЙСКОЙ СУБДУКЦИОННОЙ ЗОНЫ
© 2009 г. Т. В. Романшк
Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, 123995 Москва, ул. Большая Грузинская, 10
Поступила в редакцию 26.03.2007 г.
На основе обобщения обширного разнообразного материала представлена модель позднекайнозой-ской геодинамической эволюции Центральных Анд и комплексная тектоно-геолого-геофизическая модель коры и верхней мантии по профилю "Анды", секущему Андийскую субдукционную зону вкрест ее простирания по 21° ю.ш.
Начало новейшего этапа формирования Центральных Анд датируется поздним олигоценом (~27 млн. лет назад), когда далеко в тылу субдукционной зоны произошло локальное флюидное реологическое ослабление континентальной литосферы. Над ослабленной областью в верхней мантии и затем в коре начали развиваться тектонические деформации (в "толстослоистом" стиле), формируя бивергентную систему современных Восточных Кордильер. Процесс разрушения континентальной литосферы, коррелируемый с минерализацией в месторождениях Боливийского Оловянного рудного пояса, предположительно стартовал на ~16° широты и распространялся на север и юг. Приблизительно ~19 млн. лет назад в коре под Восточными Кордильерами оформилась пологая Субандийская надвиговая зона, по которой Южно-Американская платформа стала пододвигаться под Анды, что обусловило очень быстрое утолщение коры в восточной части Андийского орогена за счет ее "сдваивания". Характер деформаций в верхнем слое коры над Субандийским надвигом стал меняться с "толстослоистого" на "тонкослоистый", а фронт деформаций быстро мигрировать на восток в глубь континента, формируя системы складок и надвигов преимущественно восточной вергентности (Субанды). Утолщение коры сопровождалось течениями в нижних и/или средних горизонтах коры и отслоением и "обрушением" фрагментов нижней коры и литосферной мантии под Восточными Кордильерами и плато Альтиплано - Пуна. При достижении корой критической толщины в ее средних и нижних слоях (~10 млн. лет назад) интенсифицировалось вязко-пластичное течение вещества в меридиональном направлении. Механизм растяжения в верхних хрупких горизонтах коры реализовывался преимущественно за счет проскальзывания и вращения блоков по ромбической системе разломов. Некоторые блоки проседали, формируя осадочные бассейны. Меридиональная скорость миграции фронта процесса на юг, оцененная по возрастам формирования этих бассейнов, ~26 км/млн. лет. Тектонические деформации сопровождались разнообразной магматической активностью (игнимбритовые комплексы, базальтовые потоки, шошонитовый вулканизм и др.), которая захватывала область от Западных Кордильер до западной кромки Восточных Кордильер в период 27-5 млн. лет назад (с пиком активности ~7 млн. лет назад), затем стала отступать на запад, к ~5 млн. лет назад проявлялась лишь до западной части плато Альтиплано-Пуна, а последние 2 млн. лет сосредоточена в вулканической дуге Западных Кордильер.
ВВЕДЕНИЕ
Конвергентная граница между океанической плитой Наска и Южно-Американским континентом - Андийская субдукционная зона - характеризуется близкими к экстремальным значениями по многим геолого-геофизическим параметрам. Среди важнейших следует отметить:
1. Вдоль всей западной окраины Южной Америки тянется складчато-надвиговый горный пояс Кордильер - Анды - с современной вулканической активностью на западном краю (рис. 1, б). В центральной части окраины (~ от 10 до 30° ю.ш.) располагаются высокогорные плато Пуна и Альтиплано с высотами ~4 км. Перепад рельефа в пределах центрального сегмента Андийской суб-
дукционной зоны достигает 13 км: глубина океанического желоба ~7 км, высота вулканов в Андах ~6 км.
2. GPS эксперименты [58, 63, 69, 76] показали, что океаническая плита Наска движется в восточном направлении (с небольшой северной составляющей) со скоростью ~(7-8) см/год. Южно-Американская плита движется приблизительно на северо-запад со скоростью 1-2 см/год (http://sideshow.jpl.nasa.gov/mbh/series.html), при этом скорость западного дрейфа около (0.5-1) см/год. Оба движения вместе обусловливают конвергентную скорость в Андийской субдукционной зоне около 9 см/год (одна из самых высоких в мире в настоящий момент).
Рис. 1. Современная геодинамика Андийской субдукционной зоны
а. Обобщение результатов GPS наблюдений для западной окраины Южно-Американского континента. Стрелки показывают движения в точках расположения станций по отношению к жесткому ядру Южно-Американского континента. Севернее ~22° данные Корнельского Университета за два года наблюдений (сайт http://www.earth.nwu.edu/re-search/snapp.html). Стрелка, помеченная GPS NZ-SA, показывает движение плиты Наска по направлению к Южной Америке, полученное по измерениям на станциях, расположенных на островах на плите Наска. Стрелка, помеченная NUVEL-1A ~77 мм/год, показывает рассчитанную по модели NUVEL-1A скорость движения плиты Наска. Южнее ~22° данные по [63] за период 1994-1996 гг., скорость движения плиты Наска оценена в ~65 мм/год. Штриховкой показаны зоны очагов двух наиболее сильных землетрясений региона, механизмы землетрясений показаны в проекции на нижнюю полусферу. Схематичная топография Кордильер показана серым тоном
б. Генерализованная схема тектонических элементов западной окраины Южной Америки по [60]
3. Сейсмо-фокальная зона Беньоффа под Центральными Андами прослеживается до глубин 670 км (рис. 2, а), здесь зафиксированы землетрясения с магнитудой, достигающей 9.5 (см. рис. 1, а).
4. Горная система Анд характеризуется одними из самых больших значений мощности коры на Земле, которая здесь достигает 70-75 км [104, 107]. В районе плато Пуна и Альтиплано анома-
лия геоида оценивается ~+60 м, а аномалии Буге достигают —400 мГал [41, 64], характеризуя одну из самых больших литосферных плотностных аномалий на Земле.
Центральные Анды. Центральные Анды отделены с западной стороны от прибрежных областей Пре-Кордильерской разломной зоной, а с восточной стороны от равнины Чако Субандийской
10° ю.ш.
20°
30°
70° з.д.
60°
Тихий \океан
21°
22°
23°
24°
25°
Профи.
"'Анды"
36
И
К ШЬчг Ч II®
•: Vi^ 77^ h- -»i
E
56
F V
ÍOKearn чески! жело
_L
72° з.д. 71е
58«
70°
69°
68°
67°
66°
65°
64°
6
н
7
1
2
3
4
5
Рис. 2. Схема сейсмической изученности и тектонической зональности Центральных Анд
а. Сейсмичность центральной части Андийской субдукционной зоны (показаны землетрясения с магнитудой выше 5 и положение моделируемого профиля "Анды" по [1]. Рельеф Южно-Американского континента показан тоном, наиболее темная область в Центральных Андах - высоты выше 3.7 км.
б. Схема главных тектонических провинций (Западные Кордильеры, плато Альтиплано и Пуна, Восточные Кордильеры и Субанды) и сейсмической изученности Центральных Анд по [12]. Цифрами показаны глубины до границы М. 1 - сухопутные сейсмические профили ГСЗ 1984-1989 гг.; 2 - сухопутные сейсмические профили ГСЗ и пробные пассивные сейсмические эксперименты PISCO 1994 г.; 3 - сухопутные и морские сейсмические профили ГСЗ и пассивные сейсмические эксперименты CINCA 1995 г.; 4 - профиль по отраженным волнам ANCORP-96 и пассивные сейсмические эксперименты 1996 г.; 5 - пассивные сейсмические эксперименты PUNA 1997 г.; 6- пассивные сейсмические эксперименты BANJO-SEDA 1997 г.; 7 - пассивные сейсмические эксперименты APVC 1999 г.
надвиговой зоной. Южно-Американская платформа стабильна с протерозоя [85, 99]. В Андах, напротив, начиная, как минимум, с протерозоя, зафиксированы периоды осадконакопления, орогенеза, рифтинга, магматической активности и др. [27, 93]. Начало последней тектоно-магмати-ческой активизации в Центральных Андах, продолжающейся и поныне, датируется поздним олиго-ценом [94]. В настоящее время здесь фиксируются высокие скорости современных вертикальных и горизонтальных движений, вулканизм и сейсмичность.
В Центральных Андах выделяются 5 вытянутых вдоль побережья главных тектоно-геомор-фологических провинций (с последующим подразделением их на более мелкие подпровинции) (см. рис. 1 и 2, б): (1) андезитовый вулканический пояс Западные Кордильеры; (2) высокогорные плато Альтиплано и Пуна; складчато-надвиговые комплексы Восточных Кордильер (3), Внутриан-дийской (4) и Субандийской (5) областей. Внутри-андийскую и Субандийскую области называют Субандами, они характеризуются слабодеформи-рованным фундаментом и "тонкослоистой тектоникой" осадочных покровов.
Центральные Анды как один из наиболее "экстремальных" регионов Земли являются объектом повышенного внимания геологов и геофизиков и активно исследуются. В частности, в течение последних лет здесь были проведены крупные международные проекты: PISCO 1994, LITHOSCOPE 1994, BANJO-SEDA 1995, CINC A 1995, ANCORP 1996, PUNA 1997, APVC 1999, ISSA 2000, ECCO 2001 и др., поднявшие изученность этого региона, особенно его центрального сектора (см. рис. 2, б), на совершенно новый уровень. Так, сейсмическая структура континентальной коры изучена методом ГСЗ [79, 91, 105], по отраженным волнам [7-9, 109], по обменным волнам [21, 108] и методом сейсмической томографии по Р-волнам [12, 43, 47, 92] и по комплексу P- и S- волн [32, 75, 97]. Проведены детальные гравиметрические съемки [41, 64], магнито-тел-лурическое зондирование [22, 34, 82]. Проведены обобщения по тепловому режиму [48, 50, 95], тек-тоно-геологические [6, 10, 16, 17, 19, 40, 44, 47, 49, 51, 54, 55, 59-62, 65, 66, 68, 70, 72, 77, 90, 93, 94, 101-103 и др.) и петро-геохимические [13, 31, 36, 56, 57] обобщения и др. В результате центральный сегмент Андийской субдукционной зоны стал в настоящее время одним из наиболее изученных глубинными сейсмическими и другими геолого-геофизическими исследованиями регионом Земли, а линия, проходящая по ~21° ю.ш. -профиль "Анды", - наиболее детально исследованным по комплексу данных геотраверсом.
В настоящей работе на основе обобщения обширного разнообразного материала представле-
на модель позднекайнозойской геодинамической эволюции Центральных Анд и комплексная тек-т
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.