Каледонская орогенезия — цикл горообразования, зафиксированный в северных частях Британских островов , скандинавских каледонидах , Шпицбергене , восточной Гренландии и частях северо-центральной Европы. Каледонская орогенезия охватывает события, которые происходили от ордовика до раннего девона , примерно 490–390 миллионов лет назад ( млн лет назад ). Она была вызвана закрытием океана Япетус , когда столкнулись континенты Лаврентия и Балтика и микроконтинент Авалония .
Орогенез назван в честь Каледонии , латинского названия Шотландии . Термин был впервые использован в 1885 году австрийским геологом Эдуардом Зюссом для эпизода горообразования в Северной Европе, который предшествовал девонскому периоду . Геологи, такие как Эмиль Хауг и Ганс Штилле, рассматривали каледонское событие как одну из нескольких эпизодических фаз горообразования, которые произошли в истории Земли . [2] Современное понимание состоит в том, что каледонский орогенез охватывает ряд тектонических фаз, которые могут быть латерально диахронными , что означает, что различные части горного хребта образовались в разное время. Поэтому название «каледонский» не может использоваться для абсолютного периода геологического времени, оно применяется только к серии тектонически связанных событий.
В неопротерозое большинство массивов суши Земли были объединены в суперконтинент Родиния . Большая часть его массы состояла из суши Гондваны . [Примечание 1] Ближе к концу неопротерозоя, во время распада этого суперконтинента, Лаврентия [Примечание 2] и Балтика [Примечание 3] отделились от западной ( Амазонский кратон ) и северной (Африканской) окраин Гондваны соответственно.
Лаврентия сначала дрейфовала на запад от Гондваны, а затем мигрировала на север. Это привело к открытию океана Япетус между Лаврентией, Балтикой и Гондваной. Его начальная фаза открытия была между соседними Лаврентией и Балтикой (на западе и востоке соответственно) и привела к их распаду около 615 млн лет назад [3] или 590 млн лет назад. [4] Затем часть между Лаврентией и Гондваной (на востоке) открылась около 550 млн лет назад. [Примечание 4] Дальнейшее расширение океана Япетус также привело к тому, что Лаврентия и Балтика отодвинулись друг от друга.
Балтика также дрейфовала на север. Это включало открытие океана Торнквиста , который отделил ее от северной окраины Гондваны на юге. Начало рифтогенеза Балтики и открытие океана Торнквиста трудно датировать из-за недостатка палеомагнитных данных, но они должны были произойти в то же время, что и Лаврентия и океан Япетус. [4]
Либо в позднем докембрии , либо в раннем ордовике [Примечание 5] микроконтинент Авалония [Примечание 6] начал дрейфовать на северо-запад от северной окраины Гондваны ( Амазония и северо-западная Африка) близко к изначальному положению Балтики, которая была к северу от него. Его рифтогенез включал открытие и расширение океана Рейк на юге, который отделил его от Гондваны. Этот рифтогенез и раскрытие были одновременны и могут быть связаны с началом субдукции в океане Япетус. [5] Дрейф Авалонии был в направлении позиций, где Балтика и Лаврентия были в ордовике; эти континенты к тому времени были дальше на севере. Он также включал потребление как океана Япетус, так и океана Торнквиста вдоль его северной окраины.
Движение Авалонии было связано с натяжением плиты , созданным субдукцией океана Япетус под окраину Лаврентии на северо-западе, а также, возможно, с хребтовым толчком , созданным расширением океана Реик. Она мигрировала через океан Япетус ортогонально (под прямым углом ). [6] Ее дрейф включал в себя вращение до 55° против часовой стрелки относительно зоны субдукции на севере, в основном в период 470–450 млн лет назад. [7] Она двигалась значительно быстрее, чем Балтика, но замедлилась до скорости, сопоставимой со скоростью последней в позднем ордовике, когда приблизилась к ней. [8]
Основные фазы каледонского орогенеза были результатом сближения Балтики, Лаврентии и Авалонии, что привело к закрытию океана Япетус.
МакКерроу и др. (2000) дают определение каледонской орогенеза, которое включает «все кембрийские , ордовикские , силурийские и девонские тектонические события, связанные с развитием и закрытием тех частей океана Япетус, которые располагались между Лаврентией (на северо-западе) и Балтикой и Авалонией (на юго-востоке и востоке)... и каждое тектоническое событие на протяжении этих 200 миллионов лет можно рассматривать как орогеническую фазу». Это включает тектонические события, которые были меньше, локализованы и предшествовали более известным основным фазам этой орогенеза.
В этом определении таконская и акадийская орогении на территории современной Северной Америки включены в фазы каледонской орогении.
Некоторые ранние фазы деформации и метаморфизма распознаются в скандинавских каледонидах . Первая фаза, которая часто включается в каледонскую орогенез, — это финнмаркская орогенеза, которая была ранним событием деформации в арктической (северной) Норвегии , предшествовавшим скандинавской фазе (см. ниже) в этой области. Ее начало датируется примерно 500 млн лет назад (поздний кембрий ). Она продолжалась примерно до 460 млн лет назад и была возобновлена в скандинавской фазе примерно в 425–415 млн лет назад. [9] [10]
По словам ван Рёрмунда и Брюкнера (2004), имело место отчетливое орогеническое событие, которое было отдельным и немного моложе финнмаркского, которое они датировали 455 млн лет назад. Они назвали его ямтландской орогенезом . Оно включало комплекс Seve Nappe шведских каледонид в центральной Швеции , который интерпретируется как вытянутый внешний край Балтики. Вопреки предыдущему мнению, что он был погружен под океаническую островную дугу , они предполагают, что это было столкновение с континентальным фрагментом.
Shelveian орогенез произошел, в частности, в районе Shelve в Шропшире , в восточном Уэльсе и в английском Мидлендсе в позднем ордовике и был связан с Taconic орогенезом . Он сформировал Shelve Anticline и Rytton Castle syncline и был самым важным тектоническим событием в этом районе между кембрием и девоном . Складчатость сопровождалась поздними стадиями магматических интрузий . Событие вызвало крупное несогласие в Шропшире со значительной эрозией до отложения осадков в эпоху лландовери силура (444–443 млн лет назад ). Не было перерыва в осадках в этом районе до конца раннего девона , который был вызван Acadian орогенезом на Британских островах . [11] Это было связано с правосторонним (правосторонним) сдвигом в системе разломов Понтесфорд-Линли и складчатостью в доэшгиллских слоях, поднятием соседней антиклинали Тови и магматической активностью. [7] [12]
Основные орогенические события или фазы каледонского орогенического цикла были связаны с окончательным закрытием океана Япетус. Это были, в последовательном порядке, Грампийская фаза, стыковка Восточной Авалонии с Балтикой, Скандинавская фаза и Акадийская фаза. Последняя включала: A) стыковку Англии и Уэльса (которые были частью восточной Авалонии) с восточной и южной Ирландией с Шотландией и остальной Ирландией (которые были частью Лаврентии). B) объединение террейнов Западной Авалонии с восточной окраиной основного массива суши Лаврентии (см. статью Акадийская орогения для этой орогении).
В течение заключительной части своей миграции на северо-запад Авалония сошлась с Балтикой и Лаврентией на северо-востоке и северо-западе соответственно. После объединения с Восточной Авалонией Балтика сошлась с Лаврентией в западном направлении. Совместное сближение этого микроконтинента и двух континентов создало континентальные столкновения между ними, упомянутые орогенические события и закрытие океанов Япетус и Торнквист.
Континентальные столкновения начались в середине силура и горообразование и закончились в раннем девоне (420–405 млн лет назад). [13] [14]
Грампианская орогенезия включала столкновения между двумя массивами суши Лаврентии и океанической островной дугой в океане Япетус за пределами основного края тектонической плиты Лаврентии (будущей Северной Америки). Двумя массивами суши Лаврентии были Шотландия и северная и западная Ирландия . Другие части Британских островов ( Англия и Уэльс и остальная часть Ирландии) были частью микроконтинента Авалония.
Выделяют две части Авалонии: западную и восточную. Термин Западная Авалония относится к самой западной части микроконтинента, которая объединила восточное побережье основной части тектонической плиты Лаврентии (ныне Северная Америка) на западе в районе северных Аппалачей и Приморских провинций . Восточная Авалония относится к а) части, которая объединилась с Балтикой , б) Англии, Уэльсу и восточной и юго-восточной Ирландии, которые объединились с Шотландией, а также севером и западом Ирландии (которые были частью Лаврентии). [15]
Самая восточная часть Восточной Авалонии соединилась с Балтикой посредством косой мягкой стыковки, регулируемой правосторонним сдвигом и сдвигом , а не посредством жесткой континентальной коллизии , вызывающей ороген . На это указывает отсутствие орогенных структур или метаморфических пород высокого давления , которые либо отсутствуют, либо погребены. Это событие произошло ближе к концу ордовика , 440 млн лет назад. [16] Она состыковалась с окраинами Балтики на юге Дании , юго-западном углу Балтийского моря и в Польше . Она стала включать Силезию в Польше , северную Германию , Нидерланды , Бельгию и часть северо-восточной Франции ( Арденнские горы).
Массив Англо -Брабант или Лондон-Брабант в центральной и южной Англии и в Бельгии является крупным фундаментным массивом. [Примечание 7] Он является частью магматического пояса, который, начиная с Озёрного края , к северу от этого массива, несёт на себе отпечаток субдукции части моря Торнквиста под Авалонию и его закрытия. Закрытие океана Рейк , которое произошло вскоре после этого, произошло посредством субдукции вдоль южной окраины этого массива. [17]
Трансъевропейская зона сутуры или зона Торнквиста — это область сутуры Балтики и Восточной Авалонии. Она проходит от части Северного моря вблизи Дании , через южную Данию, часть Балтийского моря между Данией и Польшей (по немецкому острову Рюген ) и через Польшу. Затем она следует по восточной окраине Восточных Карпат на западе Украины . Наконец, она идет к Черному морю . Однако в Судетах и Восточных Карпатах она развивалась через варисский и альпийский орогенез, а не через каледонский. [18]
Скандинавская фаза включала столкновение восточной Гренландии на восточной окраине Лаврентии и окраины Балтоскандинавской платформы Фенноскандинавского полуострова Балтика. Она включала скандинавские каледониды на территории современной Норвегии и шведские районы у ее границы. Она происходила с эпохи венлока силура до середины девона (430–380 млн лет). Джи и др. (2013) и Ладенбергер и др. (2012) предлагают пересмотренную дату начала — 440 млн лет назад, однако единого мнения по этому поводу нет. [19]
Скандинавское орогеническое событие также привело к образованию гор Земли Королевы Луизы (или Земли Королевы Луизы) на северо-востоке Гренландии . Это открытая зона надвига с простиранием с севера на юг , которая отмечает западную границу интенсивной каледонской деформации. Доминирующие структуры интерпретируются как результат левосторонней транспрессии , которая включала в себя разделение напряжений региональной деформации между левосторонними сдвиговыми движениями на востоке и косым надвигом и складчатостью в северо-западном направлении далее на западе. [20]
Это орогеническое событие также затронуло Шотландию и внешние Гебриды , вызвав надвиг в Северном нагорье , который достиг кульминации в развитии пояса надвигов Мойн , надвига Бен-Хоуп и надвига Навер-Сгурр-Биг (435–420 млн лет назад) [21] и привело к магматическому вторжению в Гэллоуэй и Южные возвышенности (около 400 млн лет назад) в Шотландии и расширению батолита Озёрного края в северной Англии . Всё это охватило зону шва Япета (см. ниже). Оно также вызвало северо-восточные сдвиговые разломы, такие как разлом Грейт-Глен , который затронул супергруппу Мойн и далрадийские породы в Шотландии и Шетландских островах через разлом Уоллс-Баундари , который является северо-восточным продолжением разлома Грейт-Глен. [22]
Как упоминалось выше, Британские острова были разделены и принадлежали двум разным тектоническим плитам: Лаврентия ( Шотландия и северная и западная Ирландия ) и Авалония ( Англия и Уэльс и остальная часть Ирландии). Раннедевонское акадийское событие в этой области привело к объединению этих массивов суши, в результате чего образовались Британские острова, какими они являются сейчас. Это произошло посредством субдукции авалонской океанической коры с северо-западным падением под южные окраины Лаврентийских массивов суши.
С 1980-х годов термин «акадийский» , который относился к позднесилурийской и раннедевонской орогенезу в Северных Аппалачах и Приморских провинциях Канады , стал применяться к фазе ранней девонской деформации в Британских каледонидах по аналогии с той, которая произошла на территории современной Северной Америки . [17] Позднекаледонская орогенез — еще один термин, используемый в отношении этой фазы.
На этом этапе произошла мягкая стыковка или мягкое столкновение, а не жесткое столкновение континентов, вызывающее ороген, как в случае стыковки Восточной Авалонии с Балтикой.
Это орогеническое событие было интерпретировано как поздняя каледонская фаза и как вызванное закрытием океана Япетус . Однако есть также аргумент, что было бы более уместно рассматривать его как прото -варисканскую орогенез. Это связано с тем, что это девонское событие произошло после столкновения Авалонии с Лаврентией на 15–20 миллионов лет и было синхронно с ранней фазой варисканской орогенеза (эо-варисканской или лигерийской), а также с тем, что оно не было связано с океаном Япетус. [17]
Также утверждалось, что, хотя акадийская орогенез на Британских островах включал закрытие океана Япетус, ее движущей силой на самом деле был толчок с юга, вызванный субдукцией на север океана Рейк , который лежал к югу от Авалонии и отделял ее от Гондваны . Закрытие этого океана включало (раннее) эо-варисканское столкновение террейнов, связанных с Гондваной, в которое Восточная Авалония была вовлечена периферийно. [17] [23]
Субдукция океана Япетус произошла под террейном Мидлендской долины в Шотландии. Существует транссутурная свита интрузивных плутонов, которые охватывают обе стороны следа сутуры Япетус в террейне Южные возвышенности Шотландии (к северу от сутуры) и террейне Лейксман-Лейнстер в северной Англии и восточной Ирландии (к югу от сутуры), которые находились на окраинах Лаврентии и Авалонии соответственно. Размещение плутонов произошло после того, как субдукция океана Япетус закончилась. [24] [25]
Террейн Южных возвышенностей считается аккреционным клином . Глубокое морское осадконакопление здесь в ответ на субдукцию началось 455 млн лет назад и ознаменовало переход от первоначальной субдукции Япета с юго-восточным падением под Авалонией к северо-западному падению под Лаврентией. Около 430 млн лет назад аккреция в Южных возвышенностях и Ирландии перешла от ортогональной (под прямым углом) к левосторонней (левосторонней) транспрессионной , на что указывают складки раскола , пересекающие против часовой стрелки. Турбидитовое осаждение в океаническом желобе накладывалось на террейн Лейксмана-Лейнстера. Конвергенция Лаврентии-Авалонии и субдукция океана Япета прекратились около 420 млн лет назад, на что указывает ослабление деформации в аккреционном клине в середине силура . [26]
Производство магмы должно быть больше в конвергентных тектонических режимах во время субдукции и заметно снижено с изменением к постсубдукционным коллизионным режимам. Однако во время субдукции Япета (455–425 млн лет) оно было низким, и интрузивные породы в значительной степени отсутствовали во всех террейнах в рассматриваемой области в этот период. Большая часть акадийского магматизма произошла после субдукции (425–390 млн лет) в региональной тектонической обстановке с чередованием фаз транспрессии и транстенсии . Высокие скорости генерации магмы совпали с фазой левосторонней транстенсии раннего девона около 418–404 млн лет назад. Она снизилась во время акадийской транспрессии 404–394 млн лет назад. [26]
Кроме того, аккреционный клин Южных возвышенностей не имеет доказательств присутствия вулканической дуги , как это обычно бывает вблизи зон субдукции. [27] Это привело к гипотезам о том, что породы дуги были размыты и, таким образом, не сохранились, что дуга была смещена боковым движением вдоль сдвиговых разломов или что это произошло из-за субдукции плоской плиты , которая снижает скорость магматизма . [26]
Нелисон и др. (2009) предлагают модель отрыва субдуцирующей плиты океана Япетус для объяснения того, что интрузивные породы в Грампианском террейне внедряются после субдукции. Однако Майлз и др. (2016) отмечают, что интрузивные породы в транссутурной свите и во всех террейнах в регионе схожи по возрасту и геохимии. Таким образом, они утверждают, что общий механизм для всего региона включал в себя плиту океана Япетус , которая не просто откололась. Она также отошла под шов Япетус примерно на 100 км к юго-востоку ниже Авалонии. Таким образом, они ссылаются на модель отрыва плиты, вызванного литосферной мантийной расслоением .
Террейн Лейксман охватывает север Англии до Уэнслидейла в Северном Йоркшире и пересекает Ирландское море, проходя мимо острова Англси у берегов Уэльса . Его продолжением в восточной Ирландии является террейн Лейнстер. Объединенный террейн называется террейном Лейнстер-Лейксман. Он расположен на южной окраине шва Япета . Он включает Озёрный край и остров Мэн .
Акадийский орогенез повлиял на террейн Лейксман и северный Уэльс . Транспрессия привела к региональным по часовой стрелке пересекающим левосторонним транспрессивным расколам , которые были наложены на ранее существовавшие структуры. Складчатость к северо-западу от шва Япета слабая, и это ослабление деформации на север может указывать на то, что она связана с субдукцией Рейкского океана, а не с закрытием океана Япета. [26]
Озёрный край на северо-западе Англии находился на северо-западной окраине английской части Восточной Авалонии, которая сходилась и сталкивалась с Шотландией и, таким образом, была вовлечена в акадийскую фазу. В целом, акадийские деформации метаморфизовали глинистую породу в различных геологических формациях района в сланцы, создавая сланцевые расколы . [28]
Раннепалеозойские породы острова Мэн в Ирландском море выходят на поверхность вблизи или, вероятно, на шве Япета . Остров лежит непосредственно к юго-востоку от него.
Остров в основном состоит из Manx Group и Dalby Group , которые были деформированы в зоне левосторонней транспрессии во время левостороннего, косого закрытия океана Япетус. Складки пересекаются по часовой стрелке их расщеплением , основными параллельными простиранию левыми разломами и пластичными зонами сдвига, которые, как полагают, связаны с этим транспрессией. [35] Все первичные складки имеют одинаковый стиль и связаны с одним и тем же региональным расщеплением, что предполагает, что они примерно одновозрастны. В некоторых местах наблюдается пластичная деформация и широкая зона сдвига на полуострове Лангнесс , которые деформируют первичное расщепление и, как полагают, образовались во время или вскоре после основной фазы деформации. [36]
Группа Далби была надвинута на группу Мэн, вероятно, в раннем девоне. Во время финальной стадии закрытия океана Япетус ее турбидиты откладывались с северо-востока в морской бассейн, который соединял окраины Авалонии и Лаврентии . Тектонический контакт между двумя группами коррелировался либо с турбидитами супергруппы Уиндермир (Озёрный край), либо с группой Риккартон ( террейн Южных возвышенностей ). Первая гипотеза подразумевает, что группа Далби изначально отложилась на группе Мэн и впоследствии была разломлена в ее нынешнем положении. Последняя подразумевает, что это носок аккреционного клина турбидитов Южных возвышенностей , наложенного или надвинутого на континентальную окраину Авалонии. [37]
Широкий стиль деформации и возраст Manx Group очень похожи на эквивалентные черты Skiddaw Group в Озёрном крае и Ribband Group в Юго-Восточной Ирландии. Эта группа считается их региональным эквивалентом. Она претерпела две основные фазы деформации, которые также повлияли на Dalby Group: a) всепроникающий сланцевый кливаж, связанный с пологими или умеренно погружающимися складками, который также повлиял на многие из второстепенных магматических интрузий , b) пологий кренуляционный кливаж, связанный с небольшими складками, граничащими с направлением падения напластования . [31]
Существует несколько пластичных зон сдвига, которые идут субпараллельно северо-восточно-ориентированным граничным разломам Manx Group, которые указывают на преимущественно левосторонний сдвиг и, возможно, переход от ортогонального сжатия к транспрессии на поздних стадиях акадийской деформации. Это делает остров более похожим на террейн Southern Uplands в Шотландии, чем на выступ Озёрного края в этом отношении. [31]
В Ирландии акадийская орогенез затронула четыре основных террейна острова: Грампиан, Мидленд-Вэлли, Лонгфорд-Даун и Лейнстер. Тектоническая деформация была умеренной, поскольку столкновение было сильно косым с левосторонним транспрессионным движением и без существенного утолщения земной коры . Девонские и каменноугольные породы несогласно залегают на складчатых и расколотых породах кембрийского и силурийского периодов . Были магматические интрузии с плутонами и батолитами .
Террейн имеет три пояса рельефа. Северный пояс и самая северная часть Центрального пояса подверглись чистой сдвиговой деформации с осевым плоским кливажем и линейностью растяжения, перпендикулярной шарнирам складок. Южный пояс и остальная часть Центрального пояса подверглись левосторонней транспрессии . Это отражает позднеордовикско - силурийское изменение от ортогонального к косому столкновению тектонических плит. В Центральном поясе кливаж пересекает складки по часовой стрелке и сопровождается субгоризонтальной линейностью растяжения. В Южном поясе разлом Тинуре является поверхностным выражением зоны шва Япетуса. [38]
Сутура Япета — это линеамент , где каледонское столкновение закрыло океан Япет. В Ирландии он проходит от устья реки Шеннон на Атлантическом побережье до Клогерхеда на Ирландском море . Он пересекает это море и обнажается в разломе Ниарбиль в южной части северного побережья острова Мэн . В Британии он проходит примерно параллельно англо-шотландской границе . Он состоит из серии разломов без следов субдукции , таких как остатки офиолитов или породы, полученные из океанического желоба . [42]
Сутура Япета также простирается вдоль края Балтоскандинавской платформы Фенноскандинавского полуострова , которая столкнулась с восточной окраиной Гренландии вдоль восточной окраины Лаврентии в скандинавском орогенезе.
По мнению некоторых авторов, в столкновениях каледонских континентов участвовал другой микроконтинент, Арморика (южная Португалия , большая часть севера Франции и части южной Германии и Чехии ), даже меньший, чем Авалония. [43] Этот микроконтинент, вероятно, не образовывал единое целое, а представлял собой ряд фрагментов, из которых наиболее важными являются нынешние Армориканский и Богемский массивы . Океан между объединенной континентальной массой Лаврентии, Балтики и Авалонии (называемой Еврамерикой, Лавруссией или Древним Красным континентом ) и Арморикой называется Реикским океаном .
Палеогеографическое положение фрагментов коры Арморики между ордовиком и карбоном , однако, весьма спорно. Есть указания на то, что Богемский массив начал двигаться на север с ордовика и далее, [44] но многие авторы помещают аккрецию Армориканских террейнов с южной окраиной Лавруссии в каменноугольный варисцианский орогенез (около 340 миллионов лет назад). Реногерцинский бассейн , задуговой бассейн , образовался на южной окраине Еврамерики сразу после каледонского орогенеза. По мнению этих авторов, небольшой край Еврамерики отделился, когда образовался этот бассейн. Бассейн закрылся, когда эти каледонские деформированные террейны снова аккрецировались к Лавруссии во время герцинского орогенеза. [45]