Связь глубинных зон субдукции с их вулканическими поясами по данным геофизики
См. вопрос 40.
Особенности состава магм над зонами субдукции, латеральная петрохимическая зональность.
Сложный многоступенчатый процесс формирования магматических расплавов над зонами субдукции берет начало в погружающейся литосфере и зависит от глубины нахождения этой литосферы под вулканом. Поэтому наклон зоны субдукции предопределяет асимметрию формирующегося над ней вулканического пояса, его поперечную (латеральную) геохимическую зональность, полярность, наличие которой давно уже было замечено в островных дугах, и в Андах. По мере удаления от глубоководного желоба, т.е. по падению зоны Беньофа, нарастают содержания К, Rb, Sr, Ва и других литофильных элементов с большими ионными радиусами. Соответственно нарастают отношения K/Na, легких редкоземельных элементов к тяжелым. В том же направлении убывает отношение Fe/Mg, нормативная насыщенность пород кремнезёмом. В полном виде эта латеральная зональность выражается фациальным замещением одних вулканических серий другими вкрест простирания пояса. В направлении от желоба толеитовая серия (толеитовый базальт — железистый дацит) сменяется известково-щелочной (высокоглиноземистый базальт — риолит), а затем, в тылу вулканического пояса, — шошонитовой (шошонитовый базальт — трахит).
Латеральная геохимическая зональность над зонами субдукции отчетливо проявляется и в размещении связанного с магматизмом оруденения. В частности, на центральном отрезке Андской активной окраины преимущественно медное оруденение сменяется по падению зоны Беньофа полиметаллическим (главным образом свинцово-цинковым, со значительным количеством серебра), далее следуют месторождения олова и вольфрама.
|
|
|
Состав вулканитов над современными зонами субдукции зависит также от строения и мощности земной коры в их висячем крыле, где в фундаменте вулканического пояса завершается формирование магматических расплавов. Наибольшие различия наблюдаются между энсиалическими (японского типа) островными дугами и континентальными окраинами, с одной стороны, и энсиматическими (марианского типа) островными дугами — с другой. В первом случае происходит не только контаминация глубинных, преимущественно базальтовых расплавов веществом сиалической коры, поступление последней с образованием дополнительных внутрикоровых очагов, питающих риолитовые, в том числе игнимбритовые, извержения. Контаминация наглядно проявляется увеличением содержания «легких» литофильных элементов (К, Rb, Sr) в прямой зависимости от мощности континентальной коры, ростом отношения 87Sr/86Sr, 207РЬ/204Рb; 18О/16О и снижением εNd до -5 и даже -10.
|
|
|
С увеличением скорости конвергенции становится все больше базальтов и меньше андезитов, в тех и других снижается содержание щелочей, а такжевозрастает отношение Fe/Mg.
Общая тенденция при эволюции зоны субдукции состоит в нарастании щелочности вулканитов, в убывании роли базальтов, увеличении количества андезитовых и дацит-риолитовых пород. Это объясняют тем, что на начальной фазе субдукции магмогенез вероятен уже на глубине 50—75 км, а затем, по мере погружения литосферы, геоизотермы смещаются вниз, магмогенерирующий отрезок зоны субдукции мигрирует по ее падению. Соответственно увеличиваются глубинность и щелочность исходных выплавок. Одновременно наращивается мощность коры, что повышает роль внутрикоровых процессов в формировании магм, долю вулканитов среднего и кислого состава.
Субдукционная аккреция и субдукционная эрозия, их геологическое выражение.
Режим субдукционной аккреции. Представления о субдукции вначале предполагали, что край надвигающейся литосферной плиты всегда служит жестким упором, который задерживает и снимает нелитифицированные осадки с пододвигающейся океанской литосферы. Слои сминаются в складки, смещаются пологими разрывами, наклоненными в направлении субдукции. Образуется и все увеличивается в размерах аккреционная призма, имеющая сложную изоклинально-чешуйчатую внутреннюю структуру и наращивающая континентальную, окраину или островную дугу. Исследования последующих десятилетий подтвердили существование таких аккреционных призм, но вместе с тем показали, что, как правило, на поверхности задерживается только часть осадочного материала, остальная часть субдуцирует. Во многих случаях все неконсолидированные осадки вовлекаются в субдукцию и аккреция не происходит.
|
|
|
Предположительно происходит последовательное пододвигание все новых клиньев осадочного материала, которые подпирают и приподымают более древнюю часть призмы. Поэтому вверх по склону желоба и далее наклон слоев и надвиговых поверхностей становится круче, появляются все более древние элементы аккреционной призмы. Поднятие аккреционной призмы по мере разрастания превращает ее в подводный уступ или невулканическую островную дугу, отделяющие преддуговой прогиб от глубоководного желоба. Изоклинально-чешуйчатая структура аккреционного комплекса нередко осложняется меланжированием. Встречаются глиняные диапиры и грязевые вулканы, что связывают с отделением от осадков воды под нагрузкой, быстро растущей в ходе аккреции.
|
|
|
Субдукционная аккреция происходит как за счет чехла океанской коры (главным образом пелагических осадков), так и за счет отложений глубоководного желоба (главным образом турбидитов). Поскольку турбидиты формируются и вовлекаются в аккрецию вскоре после своего накопления, по ним наиболее надежно определяется и время образования аккреционной призмы или отдельных ее частей. В этой призме пелагические отложения могут быть намного древнее, соответственно возрасту субдуцирующей океанской коры и полноте захвата аккрецией ее осадочного чехла — от современных осадков наверху до самых древних слоев в основании.
Количественное соотношение пелагических осадков чехла и турбидитов желоба в составе аккреционных комплексов широко варьирует, главным образом, в зависимости от количества поступающего в глубоководный желоб терригенного материала. Последнее определяется климатическими и иными физико-географическими условиями. Турбидиты доминируют в восточно-тихоокеанских желобах, поскольку они расположены у края континента, и играют подчиненную роль, а иногда почти отсутствуют в западно-тихоокеанских желобах у островных дуг, где поступление терригенного материала намного меньше.
В большинстве случаев ширина аккреционной призмы не превышает первых десятков километров, но в наиболее мощных комплексах, таких как Мекран в Аравийском море или комплекс Кадьяк у берегов Аляски, она измеряется сотнями километров.
Может происходить расщепление осадочного чехла (а следовательно, и доля осадочного материала, наращивающая аккреционную призму), что контролируется не тектоникой, а литологией пород, положением наиболее благоприятного высокопористого горизонта.
Режим тектонической эрозии. Одной из причин мощного андезитового вулканизма и плутонизма на тихоокеанских окраинах Америки являются захват материала сиалической коры в ходе субдукции и его тектоническое перемещение на глубину в область магмообразования. Это «тектоническая эрозия» или «субдукционная эрозия».
Субдукционная эрозия оставляет сравнительно мало надежных признаков. В дополнение к наблюдениям на живых конвергентных границах важны историко-геологические данные, а также некоторые геохимические особенности вулканитов.
Под островодужным склоном Японского желоба: сместитель зоны субдукции прослеживается от его выхода в глубоководном желобе на 15—20 км. Под поверхностью контакта виден слоистый осадочный чехол субдуцирующей плиты, он нарушен системой сбросов, которые образовались еще на океанском борту желоба, разграничивая грабены и горсты. Современной аккреционной призмы нет. О тектонической эрозии свидетельствует строение висячего (островодужного) крыла. Это наклоненная от желоба слоистая серия мелового возраста, которая срезается на глубине пологой поверхностью тектонического контакта: эрозия висячего крыла происходит снизу. Следствием такой эрозии считают установленное по разрезам буровых скважин опускание островодужного склона.
На центральном отрезке андской зоны субдукции, где аккреционный комплекс также отсутствует, тектоническая эрозия новейшего времени нашла выражение в крутом ступенчатом профиле континентального крыла желоба, в разрывной тектонике и различных блоковых перемещениях побережья.
Судя по геологическим данным, тектоническая эрозия андской континентальной окраины, где субдукционный магматизм начался в середине триаса, происходит уже длительное время, поскольку произошло срезание крайних (размещавшихся у желоба) членов латерального структурного ряда и, как следствие, сближение с желобом уже утративших активность вулканических поясов. Вероятным следствием субдукции продуктов тектонической эрозии считают наращивание мощности континентальной коры под орогеном Центральных Анд до наблюдаемых в настоящее время высоких значений.
Следы сближения отмирающего вулканического пояса с глубоководным желобом (как вероятное следствие тектонической эрозии) известны и для внутриокеанских зон субдукции. В частности, самые ранние вулканиты Марианской островной дуги (верхний эоцен) оказались к настоящему времени непосредственно на борту глубоководного желоба, в то время как вулканизм продолжается в 200 км от него. Это главным образом бониниты. Их подстилают габброиды и серпентинизированпые перидотиты. Учитывая небольшую глубинность бонинитовых магм, наиболее вероятно, что вулканическая островная дуга формировалась в 50—60 км от глубоководного желоба, и это определяет ширину полосы, уничтоженной в результате тектонической эрозии.
Тектоническая эрозия, вероятно, происходит и в желобе Тонга, где в непосредственной близости от его оси на склоне обнаружены вулканиты островодужной толеитовой серии (базальты, андезиты, дациты), их подстилают габбро, а ниже — перидотиты. Сближение отмершего вулканического пояса с глубоководным желобом происходило, по-видимому, и над Японской зоной субдукции, где, как отмечалось выше, тектоническая эрозия продолжается до настоящего времени.
Таким образом, подтверждается предположение, высказанное Д. Шоллом, о возможности проявления двух механизмов субдукционной эрозии, один из которых выражается срезанием переднего края висячего крыла, другой — эрозией, воздействующей на висячее крыло снизу. Эти два механизма М.Г. Ломизе предложил называть фронтальным и базальным.Базальная эрозия предполагает механическое воздействие субдуцирующей плиты на нижнюю поверхность висячего крыла зоны субдукции. Происходит эрозия этого крыла снизу, и ведет к уменьшению его толщины и соответствующему опусканию. Сообразно наклону эродируемой нижней поверхности срезается и отступает передний край висячего крыла.Эффективность базальной эрозии находится в прямом соотношении со сцеплением литосферных плит в зоне субдукции и скоростью их встречного движения, а также зависит от механических свойств взаимодействующих пород.
Фронтальная эрозия проявляется там, где на поверхности субдуцирующей плиты образуется расчлененный тектонический рельеф: система грабенов и горстов, которая нередко контролируется изначальной линейной делимостью океанической коры. В этом случае при гравитационном опускании по сбросам, обрушении и оплывании материала с островодужного (или континентального) склона желоба он заполняет грабены на поверхности океанической плиты. Так происходят захват этого материала и его перемещение на глубину в ходе субдукции.Интенсивность процесса контролируется сочетанием двух главных условий: расчлененности тектонического рельефа и сглаживающей его седиментации в желобе. Фронтальная эрозия зависит и от механических свойств пород, слагающих островодужный (континентальный) склон желоба, а также от его геологического строения.
Дата добавления: 2018-04-04; просмотров: 553; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!