Алгоманская складчатость , известная как Кеноранская складчатость в Канаде, была эпизодом горообразования ( орогении ) во время позднего архейского периода, который включал повторяющиеся эпизоды континентальных столкновений , сжатий и субдукций . Провинция Супериор и террейн долины реки Миннесота столкнулись примерно 2700–2500 миллионов лет назад. Столкновение сложило земную кору и произвело достаточно тепла и давления, чтобы метаморфизировать породу. Блоки были добавлены к провинции Супериор вдоль границы протяженностью 1200 км (750 миль), которая простирается от современной восточной части Южной Дакоты до района озера Гурон. Алгоманская складчатость завершила архейский эон около 2500 миллионов лет назад ; оно длилось менее 100 миллионов лет и знаменует собой серьезное изменение в развитии земной коры.
Канадский щит содержит пояса метавулканических и метаосадочных пород, образовавшихся в результате воздействия метаморфизма на вулканические и осадочные породы. Области между отдельными поясами сложены гранитами или гранитогнейсами, образующими зоны разломов . Эти два типа поясов можно увидеть в субпровинциях Вабигун, Кетико и Вава ; Вабигун и Вава имеют вулканическое происхождение, а Кетико — осадочное. Эти три субпровинции расположены линейно в поясах, ориентированных с юго-запада на северо-восток, шириной около 140 км (90 миль) в южной части провинции Супериор.
Также пострадали провинция Раб и некоторые части провинции Наин . Примерно 2000–1700 миллионов лет назад они объединились с кратонами Саск и Вайоминг , образовав первый суперконтинент — суперконтинент Кенорленд . [1]
На протяжении большей части архейского эона на Земле было производство тепла как минимум в два раза больше, чем сейчас. Время начала тектоники плит до сих пор обсуждается, но если бы в архее действовала современная тектоника, более высокие тепловые потоки могли бы привести к более активным тектоническим процессам. В результате плиты и континенты могли стать меньше. Широкие блоки возрастом 3 млрд лет в докембрийских щитах не обнаружены . Однако к концу архея некоторые из этих блоков или террейнов объединились, образовав более крупные блоки, сваренные между собой зеленокаменными поясами . [2]
Два таких террейна, которые сейчас являются частью Канадского щита, столкнулись примерно 2700–2500 миллионов лет назад . Это были провинция Супериор и большой террейн долины реки Миннесота, первый из которых состоял в основном из гранита , а второй - из гнейса . [3] Это привело к эпизоду горообразования, известному как Алгоманская складчатость в США (названная в честь Алгомы , округ Кевони, штат Висконсин ), [4] : 5 и Кенорская складчатость в Канаде. [5] : 32 [6] Его продолжительность оценивается от 50 до 100 миллионов лет. [5] : 32 Современная граница между этими террейнами известна как тектоническая зона Великих озер (ГЛТЗ). Эта зона имеет ширину 50 км (30 миль) и простирается примерно на 1200 километров в длину от центра Южной Дакоты , на восток через середину Верхнего полуострова Мичиган , до региона Садбери, Онтарио . Сегодня регион остается немного активным. [5] : 214–215 Рифтинг в ГЛТЗ начался около 2500 миллионов лет назад в конце алгоманской складчатости.
Орогения затронула прилегающие регионы северной Миннесоты и Онтарио в провинции Супериор [7] [8] : 157, а также Слейв и восточную часть провинции Наин , гораздо более широкую область влияния, чем в последующих орогениях. [8] : 158 Это самая ранняя датируемая орогения в Северной Америке [9] : 1 , которая завершила архейский эон. [8] : 152 Конец архейского эона знаменует собой серьезное изменение в развитии земной коры : кора по существу сформировалась и достигла толщины около 40 км (25 миль) под континентами. [8] : 158
Столкновение между террейнами сложило земную кору и произвело достаточно тепла и давления, чтобы метаморфизовать существовавшую тогда горную породу. Повторяющиеся столкновения континентов, сжатие по оси север-юг и субдукция привели к поднятию гор Алгоман. [6] За этим последовали внедрения гранитных плутонов [10] и батолитовых куполов в гнейсы [11] около 2700 миллионов лет назад ; [12] двумя примерами являются гранит Священного Сердца на юго-западе Миннесоты и метагаббро Уотерсмит Доумс (метаморфизованные габбро ), которые расположены на границе Висконсина и Верхнего полуострова Мичигана . После затвердевания интрузий новые напряжения в зеленокаменном поясе вызвали горизонтальное движение по нескольким разломам и сдвинули огромные блоки земной коры вертикально относительно соседних блоков. [12] Эта комбинация складок, вторжений и разломов образовала горные хребты по всей северной Миннесоте, северному Висконсину, Верхнему полуострову Мичигана и самому южному Онтарио. [12] Магматические и метаморфические породы высокой степени связаны с складчатостью. [13]
Экстраполируя ныне размытые и наклоненные пласты вверх, геологи определили, что эти горы имели высоту в несколько километров. Подобные проекции наклоненных вниз слоев в сочетании с геофизическими измерениями на зеленокаменных поясах в Канаде позволяют предположить, что метавулканические и метаосадочные породы поясов выступают вниз как минимум на несколько километров. [5] : 32
В результате действия метаморфизма на границе гранитных и гнейсовых тел образуется ряд метаморфизованных вулканических и осадочных пород, получивших название зеленокаменных поясов . [5] : 31 Большинство архейских вулканических пород сосредоточено в пределах зеленокаменных поясов; [14] : 45 Зеленый цвет происходит от минералов, таких как хлорит , эпидот и актинолит , которые образовались в ходе метаморфизма. [9] : 1 После того, как произошел метаморфизм, эти породы были сложены и разломаны в систему гор в результате алгоманской складчатости. [7]
Толщина вулканических пластов составляет от 8 до 9 км (от 26 000 до 30 000 футов). [4] : 5 Около 2700 миллионов лет назад зеленокаменный пояс подвергся новым напряжениям, вызвавшим движение по нескольким разломам. Для деформации зеленокаменного пояса характерны разломы как малых, так и крупных масштабов. [15] : 37 Эти разломы демонстрируют как вертикальное, так и горизонтальное перемещение относительно соседних блоков. [5] : 31 Крупномасштабные разломы обычно возникают по краям зеленокаменных поясов, где они контактируют с вмещающими гранитными породами. [15] : 38 Вертикальные перемещения могут достигать тысяч метров, а вдоль некоторых зон разломов происходят горизонтальные перемещения на многие километры. [15] : 38
Незадолго до 2600 миллионов лет назад массы магмы проникли под и внутри магматических и осадочных пород, нагревая и сжимая камни, превращая их в твердые зеленоватые зеленоватые камни. [4] : 6 Они начались с трещинных извержений базальтов , продолжились излияниями средних и кислых пород из вулканических центров и закончились отложением осадков в результате эрозии вулканических груд. [8] : 158 Поднимающаяся магма выдавливалась под мелководное древнее море, где охлаждалась, образуя подушечки зеленых камней. [11] Некоторые из подушек Миннесоты, вероятно, охлаждаются на глубине до 1000 м (3300 футов) и не содержат газовых полостей или пузырьков . [5] : 26
Большинство зеленокаменных поясов со всеми их компонентами сложено в желобообразные синклинали ; первоначальная базальтовая порода, находившаяся на дне, встречается на внешних краях желоба. [15] : 36 Ближе к центру синклинали залегают вышележащие, более молодые породы – риолиты и граувакки . [15] : 36 Породы настолько сильно складчаты, что большинство из них наклонено почти на 90°, причем кровли слоев на одной стороне синклинального пояса обращены к слоям на другой стороне; последовательности скал фактически лежат на боку. [15] : 37 Складчатость может быть настолько сложной, что один слой может обнажаться на поверхности много раз в результате последующей эрозии. [15] : 37
По мере формирования зеленокаменных поясов вулканы выбрасывали в воздух тефру , которая оседала в виде отложений и уплотнялась в граувакках и аргиллитах формаций озера Найф и озера Вермилион. [4] : 5 Грейвакки представляют собой плохо отсортированные смеси глины , слюды и кварца , которые могут образоваться в результате разложения пирокластических обломков; Наличие этих обломков позволяет предположить, что ранее в этом районе произошла взрывная вулканическая активность. [9] : 2 Вулканизм происходил на поверхности, а другие деформации происходили на различных глубинах. [5] : 32 Вулканизм и разломы сопровождались многочисленными землетрясениями . [5] : 32
Провинция Супериор образует ядро как Североамериканского континента, так и Канадского щита, ее толщина составляет не менее 250 км (160 миль). Его граниты датируются периодом от 2700 до 2500 миллионов лет назад. [5] : 24 Он образовался в результате соединения множества мелких террейнов , [16] : 102 возраст которых уменьшается по мере удаления от ядра. [8] : 165 Эта прогрессия иллюстрируется возрастом субпровинций Вабигун, Кетико и Вава, обсуждаемым в их отдельных разделах. Более поздние террейны состыковались по периферии континентальных масс с развитием геосинклиналей между сросшимися ядрами и океанической корой. [8] : 165 В целом провинция Супериор состоит из простирающихся на восток-запад поясов преимущественно вулканических пород, чередующихся с поясами осадочных и гнейсовидных пород. [17]
Из-за коробления вниз по вытянутым зонам каждый пояс по существу представляет собой большой опущенный или разрушенный блок. [5] : 25 Области между отдельными поясами представляют собой разломные зоны, сложенные гранитами или гранитогнейсами. [5] : 25 Его западная часть содержит региональную структуру простирающихся с востока на запад гранитных зеленокаменных и метаосадочных поясов (субпровинций) шириной от 100 до 200 км (от 60 до 120 миль). [18] Мантия провинции Западная Супериор осталась нетронутой с момента образования субпровинций 2700 миллионов лет назад. [18]
Как складчатость, так и разломы можно увидеть в субпровинциях Вабигун, Кетико и Вава. [6] Эти три субпровинции лежат линейно в поясах, ориентированных на юго-запад и северо-восток, шириной около 140 км (90 миль) (см. Рисунок справа). Самая северная и обширная провинция — Вабигун. Он начинается в северо-центральной части Миннесоты и продолжается на северо-востоке до центрального Онтарио; частично прерывается Южной провинцией. [19] Непосредственно на юге субпровинция Кетико простирается на запад в северо-центральной части Миннесоты и простирается дальше на северо-восток. Он полностью прерывается узкой полосой южной провинции возрастом от 1100 до 1550 миллионов лет к северо-востоку от Тандер-Бей . [19] Субпровинция Вава — самая южная из трех; он начинается в центральной Миннесоте, продолжается на северо-восток до Тандер-Бей, Онтарио, Канада (где его южная граница едва проходит к северу от Тандер-Бей), а затем простирается на восток за озеро Верхнее. Северная граница продолжается примерно в северо-восточном направлении, а южная граница опускается на юг и следует за северо-восточным берегом озера Верхнее. [19]
Три субпровинции разделены крутопадающими зонами сдвига , вызванными продолжающимся сжатием, произошедшим во время алгоманской складчатости. [19] Эти границы являются основными зонами разломов. [6]
Граница между субпровинциями Вабигун и Кетико, по-видимому, также контролировалась столкновением плит и последующими транспрессиями . [20] Эта зона разлома Рейни-Лейк-Река Сена представляет собой крупную зону сдвиговых разломов простирания с северо-востока на юго-запад; он направляется на север 80° восточной долготы, пересекает северо-западную часть национального парка Вояджерс в Миннесоте и простирается на запад до Интернэшнл-Фолс в Миннесоте и Форт-Фрэнсис в Онтарио. Разлом переместил породы зеленокаменного пояса на значительное расстояние от их зарождения. Зеленокаменный пояс имеет ширину от 2 до 3 км (от 0 до 0 миль) на островах Семи сестер; на западе зеленокаменные породы перемежаются стручками анортозитового габбро . [9] : 1 Радиометрическое датирование в районе озера Рейни в Онтарио показывает возраст около 2700 миллионов лет, что свидетельствует в пользу модели движущихся тектонических плит для формирования границы. [20]
Крупнейшим разломом является разлом Вермилион [4] : 6 , разделяющий субпровинции Кетико и Вава. [6] Он имеет простирание N40°E [21] и был вызван внедрением масс магмы. [4] : 6 Разлом Вермилион можно проследить на запад до Северной Дакоты. [5] : 33 Он совершил горизонтальное движение на 19 км (12 миль), при этом северный блок переместился на восток и вверх относительно южного блока. [5] : 33 На стыке субпровинций Кетико и Вава имеется зона богатого биотитом мигматита , породы, которая имеет характеристики как магматических, так и метаморфических процессов; [9] : 1 указывает на зону частичного плавления, которая возможна только в условиях высоких температуры и давления. [22] Он виден как пояс шириной 500 м (1600 футов). [21] Большинство сплющенных крупных кристаллов в разломе указывают на простое сжатие, а не на выкручивание, сдвиг или вращение во время стыковки двух субпровинций. [22] Это свидетельствует о том, что субпровинции Кетико и Вава были объединены в результате столкновения двух континентальных плит [22] около 2690 миллионов лет назад . [23] Структуры мигматита включают складки и слоения ; слоения пересекают оба конца складок ранней фазы. [21] Эти сквозные слои указывают на то, что мигматит претерпел по крайней мере два периода пластической деформации. [21]
Субпровинция Вабигун представляет собой бывшую действующую цепь вулканических островов [6] , сложенную метавулкано-метаосадочными интрузиями. [24] Эти метаморфизованные породы представляют собой зеленокаменные пояса вулканического происхождения и окружены гранитными плутонами и батолитами. [19] Зеленокаменные пояса субпровинции состоят из кислых вулканических пород, кислых батолитов и кислых плутонов возрастом от 3000 до 2670 миллионов лет. [19]
Гнейсовый пояс Кетико простирается примерно на 970 км (600 миль) через Онтарио и некоторые части Миннесоты. Преобладающими породами в пределах пояса являются сланцы и гнейсы, образовавшиеся в результате интенсивного метаморфизма граувакков и небольшого количества других осадочных пород. Возраст отложений, щелочных и кислых плутонов составляет от 2690 до 2680 миллионов лет. [19] Метаморфизм относительно слабый на краях и высокий в центре. Бедные компоненты граувакков образовались преимущественно из вулканических пород; Высокосортные породы более крупнозернистые и содержат минералы, отражающие более высокие температуры. Гранитные интрузии в составе высокосортных метаосадков возникли в результате субдукции океанической коры и частичного плавления метаосадочных пород. Непосредственно к югу от национального парка Вояджерс и до разлома Вермилион находится широкая переходная зона, содержащая мигматит. [15] : 46–47
Гнейсовый пояс Кетико представляет собой аккреционный клин, образовавшийся во желобе при столкновении нескольких островных дуг (зеленокаменных поясов). Границами между гнейсовым поясом и фланкирующими зеленокаменными поясами на севере и юге являются основные зоны разломов, зоны разломов Вермилион и Рейни-Лейк-Река Сена. [15] : 47
Субпровинция Вава представляет собой ранее действующую цепь вулканических островов, [6] состоящую из метаморфизованных зеленокаменных поясов, окруженных и прорезанных гранитными плутонами и батолитами. [19] Эти зеленокаменные пояса состоят из кислых вулканов, кислых батолитов, кислых плутонов и отложений возрастом от 2700 до 2670 миллионов лет. [19]
Преобладающий тип породы — белый, крупнозернистый, слоистый, роговообманковый тоналит . [21] Минералы тоналита — кварц, плагиоклаз, щелочной полевой шпат и роговая обманка. [21]
В обширных регионах провинции Слейв на севере Канады магма, которая позже превратилась в батолиты, нагревала окружающую породу, создавая метаморфические области, называемые ореолами, около 2575 миллионов лет назад. Эти регионы обычно имеют ширину от 10 до 15 км (от 6 до 9 миль). Создание ореолов было непрерывным процессом, но три узнаваемые метаморфические фазы можно соотнести с установившимися деформационными фазами. Цикл начался с фазы деформации, не сопровождавшейся метаморфизмом. Это переросло во вторую фазу, сопровождавшуюся широким региональным метаморфизмом, когда началось термическое куполообразование. При продолжающемся поднятии изотерм третья фаза вызвала незначительную складчатость, но вызвала крупную метаморфическую рекристаллизацию, что привело к внедрению гранита в ядро термального купола. Эта фаза произошла при более низком давлении из-за эрозионной разгрузки, но температуры были более экстремальными и достигали примерно 700 ° C (1300 ° F). После завершения деформации тепловой купол распался; Во время этой фазы распада произошли незначительные минералогические изменения. С тех пор регион стал фактически стабильным. [25]
Геохронология нескольких архейских горных пород устанавливает последовательность событий продолжительностью около 75 миллионов лет, приведших к образованию нового сегмента земной коры. Самые старые породы, возрастом 2650 миллионов лет, представляют собой основные метавулканики с преимущественно известково-щелочными характеристиками. Радиометрическое датирование показывает, что возраст синкинематических кварцевых диоритовых батолитов составляет от 2640 до 2620 миллионов лет, а для основных тел поздней кинематики - от 2590 до 2100 миллионов лет. Пегматитовые адамеллиты возрастом 2575±25 миллионов лет являются самыми молодыми плутоническими образованиями. [26]
Изучены метагрейвакки и метапелиты из двух областей, пересекающих один из этих ореолов возле Йеллоунайфа . [25] Большинство пород провинции Слейв представляют собой гранит с метаморфизованными метаосадочными и вулканическими породами Йеллоунайфа. Изотопный возраст этих пород составляет около 2500 миллионов лет назад , во времена Кеноранского складчатого образования. Породы, составляющие провинцию Слейв, представляют собой высокую степень метаморфизма, внедрения и ремобилизации фундамента, типичную для архейских террейнов. Мигматиты, батолитовые интрузивные и гранулитовые метаморфические породы характеризуются слоистостью и полосчатостью состава; Породы одинаково тверды и настолько сильно деформированы, что слоистость практически отсутствует. Большинство метаосадков супергруппы Йеллоунайф плотно складчатые ( изоклинальные ) или залегают на падающих антиклиналях . [14] : 37
Архейские породы, образующие провинцию Наин на северо-востоке Канады и Гренландии, отделены от Верхнего террейна узкой полосой ремобилизованных пород. [16] : 102 Гренландия отделилась от Северной Америки менее 100 миллионов лет назад, и ее докембрийские террейны совпадают с террейнами Канады на противоположной стороне Баффинова залива. [16] : 102 Южная оконечность Гренландии входит в состав провинции Наин, то есть она была соединена с Северной Америкой в конце Кеноранского орогена. [16] : 102