Геология Аризоны начала формироваться в докембрии . Магматические и метаморфические кристаллические породы фундамента могли быть намного старше, но были перезаписаны во время орогенезов Явапаи и Мазатцаль в протерозое . Орогения Гренвилла на востоке привела к тому, что Аризона заполнилась осадками, сбросив их в мелководное море. Известняк, образовавшийся в море, был метаморфизован мафическими интрузиями. Великое несогласие — известный пробел в стратиграфической летописи, поскольку Аризона пережила 900 миллионов лет наземных условий, за исключением изолированных бассейнов. Регион колебался между наземными и мелководными океаническими условиями в течение палеозоя , поскольку многоклеточная жизнь стала обычным явлением, а три основных орогенеза на востоке сбросили осадки, прежде чем Северная Америка стала частью суперконтинента Пангея . Распад Пангеи сопровождался субдукцией плиты Фараллон , которая привела к вулканизму во время орогении Невады и орогении Севьера в мезозое , что покрыло большую часть Аризоны вулканическими обломками и отложениями. Вспышка игнимбритов в середине третичного периода создала меньшие горные хребты с обширным пеплом и лавой в кайнозое , за которыми последовало погружение плиты Фараллон в мантию в течение последних 14 миллионов лет, что создало Провинцию Бассейна и Хребта . Аризона имеет обширную минерализацию в жилах из-за гидротермальных флюидов и примечательна медно-золотым порфиром, свинцом, цинком, редкими минералами, образовавшимися при обогащении меди и эвапоритами среди других ресурсов. [1] [2]
Самые старые породы в Аризоне, вероятно, относятся к позднему архею или раннему протерозою , хотя свидетельства более ранней геологии были перезаписаны во время орогении Явапаи и орогении Мазатцаль — крупных событий горообразования 1,8–1,6 млрд лет назад. В этот период в протерозое сланцевые породы Явапаи, Пинал и Вишну образовались в результате интенсивного метаморфизма и были прорваны гранитами . Эти древние деформированные породы встречаются у основания Большого каньона, в каньоне Солт-Ривер и в горных хребтах по всему штату.
Древнейшие породы Аризоны в целом — это метаморфизованные вулканические породы, включая базальт и риолит , а также связанные с ними осадочные породы, которые сейчас составляют дно Большого каньона и образовались 1,8 миллиарда лет назад. Район Верде в Джероме, округ Явапай, также сохраняет породы этого периода. Там древние подводные гидротермальные источники осаждали сульфиды прямо на древнее морское дно, создавая массивные залежи сульфидов медной и цинковой руды.
Орогения Мазатцаль произошла от 1,7 до 1,61 миллиарда лет назад. Во время этого события магматические породы, которые были более обогащены кварцем, чем предыдущие породы, сформировали горы Мазатцаль и район Нью-Ривер. Сланец Пинал также образовался в этот период и был прорван гранитом и гранодиоритом . Древнейшие протерозойские метаморфические и магматические породы были прорваны гранитами и пегматитом между 1,45 и 1,4 миллиарда лет назад. Гранит Оракул около Тусона, гранит Руин недалеко от области Рэй-Супериор и гранит Зороастр у основания Гранд-Каньона содержат розовые кристаллы ортоклаза длиной от одного до двух дюймов . Орогения сформировала Техасскую зону, область разломов, трещин и разломов в породах, простирающуюся на северо-запад от Техаса до Калифорнии. В Аризоне эти жилы обычно содержат экзотические минералы, включая бериллий и тантал , а также такие элементы, как литий, висмут, уран и вольфрам. Эти минералы были размещены горячими гидротермальными жидкостями, движущимися через слабые зоны в породе.
Крупная гренвильская орогенезис на востоке протосевероамериканского континента затронула области вплоть до Аризоны на западе, создав крупные рифтовые впадины между 1,2 и 1 миллиардом лет назад. Рифтовые впадины были структурно связаны с образованием медных месторождений и базальтовых разломов Кевинаван в Мичигане, а регионально — с впадинами, заполненными толстыми слоями осадков в Аризоне. Группа Апачи у дна Гранд-Каньона включает в себя флювиальный сланец и песчаник , а также известняк из мелководного моря, обнажающийся в каньоне Солт-Ривер. Известняк содержит остатки строматолитов , холмы сине-зеленых водорослей. Группа Апачи была прорвана базальтом и диабазом между 1,05 и 1,14 миллиардами лет назад. Мескальский известняк метаморфизовался, образовав асбест , а перегретая диабазовая магма «запекла» известняк в мрамор . В Большом Каньоне также обнаружены известняк, сланец, кварцит , песчаник и базальт группы Ункар возрастом 1,07 миллиарда лет.
Мезопротерозойские формации в Большом Каньоне перекрыты осадочными породами неопротерозойской группы Chuar и формации Sixtymile возрастом 850 миллионов лет . Великое несогласие — это известный пробел в стратиграфической летописи Большого Каньона возрастом 900 миллионов лет между протерозойскими гранитными породами и кембрийскими морскими отложениями. В течение оставшихся 350 миллионов лет протерозоя Аризона испытала обширную эрозию, и только несколько областей осадконакопления были в опущенных бассейнах.
На протяжении палеозоя , когда многоклеточная жизнь стала обычным явлением, Аризона формировала пассивную западную окраину Северной Америки. Хотя регион был тектонически спокойным и не имел вулканической активности или магматических интрузий, на него повлиял ряд крупных орогенезов на востоке. Таконический орогенез между 490 и 445 миллионами лет назад, Акадийский орогенез между 410 и 380 миллионами лет назад и Аллеганский орогенез между 325 и 220 миллионами лет назад вытолкнули возвышающиеся горные хребты. Обширная эрозия этих гор сбрасывает осадки на запад в мелководное море в Аризоне. Известняк, образовавшийся в мелководном море, содержит множество пещер штата, важные рудные месторождения и высококачественные минеральные образцы, такие как вульфенит . Ископаемые беспозвоночные часто встречаются в морских отложениях этого периода.
В среднем кембрии , 520–488 миллионов лет назад, морское побережье сместилось на восток, отложив песчаники, связанные с пляжем. Они, в свою очередь, перекрыты песчаником, алевритом и сланцем, отложенными в прибрежных условиях, которые были покрыты более 515–488 миллионов лет назад известняком, прослеженным с помощью червоточинов, а также тонкими слоями конгломерата . В стратиграфической летописи появляются окаменелости трилобитов и брахиопод .
Из-за подъема во время таконического орогенеза море отступило, и Аризона вернулась к континентальным условиям в ордовикском и силурийском периодах , оставив немного пород от этих временных периодов. В девонском периоде Аризона чередовалась между морскими и континентальными условиями, так как в районе Невады появились зона субдукции и вулканическая островная дуга. Формация Мартина в южной Аризоне содержит известняк, песчаник, сланец и кремень, отложенные в позднем девоне и нагруженные окаменелостями рыб и беспозвоночных. Затишье между орогенезами в миссисипский период карбона привело к крупной морской трансгрессии и образованию толстого слоя известняка. Известняк Редволл в Большом Каньоне и известняк Эсаброза в южной Аризоне датируются этим периодом и содержат окаменелости кораллов, брахиопод и криноидей . Последующая эрозия привела к образованию крупных пещер в известняке, включая пещеру Картчнер в округе Кочиз и Веси-Парадайз в Гранд-Каньоне.
В течение пенсильванского и пермского периодов окончательная сборка Аппалачских гор до возвышения Гималаев произошла с аллеганским орогенезом и образованием суперконтинента Пангея . Оледенение южного полушария подняло и понизило уровень моря в Аризоне, создав рельеф уступов и склонов, характерный для Большого каньона, Седоны и Долины Монументов, с чередующимися слоями алеврита, известняка, песчаника, доломита и сланца. Известняк Кайбаб является известной формацией того времени, покрывающей большую часть северной Аризоны. [3]
В мезозое суперконтинент Пангея начал раскалываться в центре, образуя Атлантический океан. Субдукция плиты Фараллон под западную часть Северной Америки остается плохо изученным событием, хотя новое сейсмическое и компьютерное томографическое моделирование проливает свет на это событие. Когда океаническая плита опускалась под Северную Америку, это создавало условия частичного плавления, которые сформировали вулканы на поверхности в Калифорнии и Аризоне.
Вулканическая активность началась в западной Аризоне около 205 миллионов лет назад, положив начало Невадской орогенезу , которая продолжалась до 145 миллионов лет назад, охватывая триасовый и юрский периоды . Гранитные интрузии 190 миллионов лет назад обогатили многие жилы минералами и создали месторождения медно-порфирового золота. Бисби, Аризона , в 92 милях к юго-востоку от Тусона испытал вторичное окисление и обогащение, в результате чего образовались высококачественный малахит и азурит .
Южная Аризона была поднята и испытала вулканические извержения, которые отложили высококремнистую золу на севере в виде формации Чинл , которая создала окаменевший лес Национального парка Петрифайд-Форест . В юрский период большая прибрежная пустыня, похожая на современную пустыню Сахара или Намиб, занимала северную Аризону в Юту. Вулканический материал переслаивается с дюнными песчаниками в горах Санта-Рита , к югу от Тусона, и коррелирует с песчаником ацтеков и песчаником наваха, охватывающими северную Аризону до Национального парка Зайон .
В меловой период орогенез Севьер происходил дальше на запад в Калифорнии от 140 до 89 миллионов лет назад и также был связан с субдуцирующей плитой Фараллон. Однако, в отличие от орогенеза Невады, в Аризоне не было значительного образования минералов, связанных с жилами. Регион отступил к морским условиям, и раковины моллюсков образовали известняковые отложения вокруг Бисби. В отличие от прошлого, морская трансгрессия возникла на юго-востоке и востоке Западного внутреннего морского пути . Поднимающиеся и опускающиеся моря с востока откладывали сланец и песчаник, поскольку осадки от орогенеза Севьера сбрасывались на восток. Угольные отложения образовались в болотистой прибрежной среде.
Многие следы более древних горообразовательных событий были наложены и повторно минерализованы орогенезом Ларамида 89–43 млн лет назад, который сформировал Скалистые горы. Вулканическая активность, магматизм и минерализация сместились на восток в Аризону. Небольшие интрузии и вулканические центры регистрируют первую фазу орогенеза Ларамида в южной Аризоне 76–67 млн лет назад. Медно-золотая порфировая минерализация появилась в западной Аризоне, а также в соседнем Нью-Мексико. Основная фаза Ларамида 79–67 млн лет назад создала массивные вулканические центры, которые извергли огромные объемы андезитового и риолитового пепла . Эти кальдеры обрушились, оставив после себя такие остатки, как риолит Кэт-Маунтин к западу от Тусона. Булыжники и гигантские валуны, размером с дом, образуют осадочные породы в матрице вулканического материала. Серебро, свинец и цинк отлагались из гидротермальных растворов в радиальных и кольцевых трещинах в породе. [4]
Из-за плоской субдукции во время заключительной фазы ларамидской орогении от 54 до 43 миллионов лет назад в эоценовую эпоху кайнозоя , произошло глубокое внедрение гранита и пегматита на глубине 23 километра под поверхностью. Гранитные плутоны имели тенденцию образовываться вблизи хорошо развитой зоны дробления и часто имеют вольфрамовые и кварцевые жилы в гранат - мусковитовых гранитоидах и дайках пегматита. Горы Санта-Каталина к северу и северо-востоку от Тусона содержат гранит Wilderness, который образовался как интрузия на глубине 14 миль под поверхностью. Плато Колорадо поднялось и начало разрушаться в эоцене.
В эоцене , олигоцене и миоцене среднетретичная вспышка игмибрита, горообразовательное событие, связанное с плитой Фараллон, извергла огромное количество вулканического пепла. Многие небольшие горные хребты в западной Аризоне, включая горы Суперстишен, Галиуро, Чирикауа и Тумакакори, в основном состоят из туфа пеплового потока от этих извержений.
Извержения, как полагают, были частично результатом увеличения крутой субдукции плиты в мантию и магматической активности, смещенной с востока на запад, что принесло с собой изменения в минералогии и типах пород. Небольшие бассейны накопили вулканические обломки, конгломерат и озерный гипс , глину и карбонаты. Потоки лавы и гранитные интрузии образовали горы Галиуро и горы Чирикауа . Золотые и медные жилы минерализовались в дайковых роях, за которыми следовали связанные с кальдерами батолиты и серебряно-свинцово-цинковые скарны. Низкоугловые нормальные и отрывные разломы деформировали осадочные и вулканические породы с заключительной фазы события.
За последние 14 миллионов лет миоцена , плиоцена , плейстоцена и текущего голоцена субдуцирующая плита Фараллон была отрезана сдвиговым движением по разлому Сан-Андреас в сочетании с трансформной границей. Плита продолжала опускаться, но с меньшей силой, движущей ее. В результате крутые нормальные сбросы сформировали ландшафт горста и грабена провинции Бассейна и Хребта . Базальт внедрился в бассейны, а эвапориты и другие отложения накопились, включая соль под Финиксом, глину и цеолиты в районе Боуи и гипс в долинах Сан-Педро и Верде.
Вулканическое поле Сентинел, к западу от Каса-Гранде, и вулканическое поле Сан-Франциско к северу от Флагстаффа оба образовались в бассейнах, выдавленных за последние пять миллионов лет. Кроме того, глубинный перидотит был вынесен на поверхность в базальтовых потоках в вулканическом поле Сан-Бернардино на юго-востоке. [5]
Из-за засушливого климата и большой численности населения вода критически важна для штата Аризона. Большая часть питьевой воды берется из поверхностных источников воды, включая плотины Бюро мелиорации и водоотвод Центрального проекта Аризоны . Большая часть этой поверхностной воды поступает из реки Колорадо . Подземные воды служат для увеличения поверхностных вод. Между 1915 и 1983 годами, по оценкам, 81 миллион акров футов грунтовых вод было откачано в окрестностях Финикса, чтобы дополнить поверхностные воды из реки Солт, реки Верде и реки Агуа-Фриа. В городских районах подземные воды в настоящее время в основном пополняются за счет избыточного орошения, городского поверхностного стока , просачивания каналов и лет с более высоким, чем обычно, количеством осадков. В 1978 году Геологическая служба США обнаружила снижение уровня грунтовых вод на 350 футов. [6]
Геологическая служба США опубликовала исследование в 1997 году, изучая песчаник, известняк и алеврит пенсильванского и пермского возраста, залегающий под Флагстаффом и южным плато Колорадо, который образует сложный региональный водоносный горизонт с плохо изученным потоком грунтовых вод. [7] Последующее углубленное исследование в 2016 году рассмотрело округа Коконино и Явапай в северо-центральной части штата. Район залегает под водоносным горизонтом C и водоносным горизонтом Редволл-Муав. Водоносный горизонт C представляет собой водоносный горизонт с глубиной до 1500 футов до уровня грунтовых вод и является сухим на западе, за исключением расположенных водоносных зон. Он залегает под водоносным горизонтом Редволл-Муав, ограниченным и до 3200 футов ниже поверхности земли. Подземные воды имели возраст до 7000 лет в водоносном горизонте C и до 22 000 лет в Редволл-Муав, на основе анализа трития и углерода-14 . В большинстве случаев вода из этих водоносных горизонтов имеет высокое качество, хотя некоторые скважины превышают рекомендации Агентства по охране окружающей среды по мышьяку, барию, урану и свинцу. Оба водоносных горизонта подверглись значительному увеличению откачки с 1975 года. [8]
Горы Санта-Рита и холмы Тумстоун содержат серебро и свинец, образовавшиеся из гидротермальных жидкостей в разломах во время орогенеза Ларамид. Аризона известна как Медный штат, поскольку ежегодно производит две трети меди США. Месторождения медного порфира Ларамид распространены вокруг Тусона и включают рудники Twin Buttes, Sierrita-Esperanza, Rosemont, Silver Bell и Mission-Pima, а также историческую шахту Ajo на западе. Рудники Ray, Miami, Pinto Valley, Morenci, Safford, Carlota, Superior и Resolution являются примерами открытых карьеров по добыче меди в восточно-центральной Аризоне.
Обычно эти месторождения имеют круговую структуру минерализации: от меди и цинка в центре до цинка, свинца, серебра и золота на периферии и серебра и марганца на внешнем крае.
Вторичное обогащение и окисление меди дало минералы с еще более высокими концентрациями меди, включая халькопирит , халькозин , азурит , малахит и хризоколлу . Кроме того, скарновые месторождения распространены вблизи плутонов , где контактный метаморфизм с гранитной магмой генерирует гранат или силикат кальция. Районы добычи Аравапаи, Касл-Доум, Калифорния, Мидл-Пасс, Свиссхельм и Эш-Пик — все они возникли в результате горообразования в середине третичного периода. [9]