Аккреционный клин

Отложения аккрецировались на непогружающуюся тектоническую плиту на границе сходящейся плиты.

Схема геологического процесса субдукции

Аккреционный клин или аккреционная призма образуется из отложений , сросшихся с непогружающейся тектонической плитой на границе сходящейся плиты . Большая часть материала аккреционного клина состоит из морских отложений, соскобленных с нисходящей плиты океанической коры , но в некоторых случаях клин включает в себя продукты эрозии вулканических островных дуг , образовавшихся на перекрывающей плите.

Аккреционный комплекс — действующий (в современном использовании) или бывший аккреционный клин. Аккреционные комплексы обычно состоят из смеси турбидитов наземного материала, базальтов со дна океана , а также пелагических и гемипелагических отложений . Например, большая часть геологического фундамента Японии представлена ​​аккреционными комплексами. ^[1]

Материалы в аккреционном клине

Аккреционные клинья и аккреционные террейны не эквивалентны тектоническим плитам, а скорее связаны с тектоническими плитами и срастаются в результате тектонического столкновения. Материалы, включенные в аккреционные клинья, включают:

• Базальты океанского дна - обычно подводные горы, соскобленные с погружающейся плиты.
• Пелагические отложения - обычно непосредственно перекрывают океаническую кору погружающейся плиты.
• Траншейные отложения - обычно турбидиты , которые могут образоваться в результате:
• Океаническая, вулканическая островная дуга
• Континентальная вулканическая дуга и Кордильерский ороген
• Соседние континентальные массы, расположенные по простиранию (например, Барбадос ).
• Материал транспортируется в траншею самотеком и селевым потоком с гребня преддуги (олистостромы).
• Контейнерные бассейны — небольшие бассейны, расположенные во впадинах поверхности аккреционной призмы.
• Материал, обнаженный в преддуговом хребте, может включать фрагменты океанической коры или метаморфические породы высокого давления, надвинутые из глубины зоны субдукции.

Возвышенные области внутри океанских бассейнов , такие как линейные цепи островов, океанские хребты и небольшие фрагменты земной коры (такие как Мадагаскар или Япония), известные как террейны , переносятся к зоне субдукции и прирастают к континентальной окраине. Начиная с позднего девона и раннего каменноугольного периода, около 360 миллионов лет назад, субдукция под западной окраиной Северной Америки привела к нескольким столкновениям с террейнами, каждое из которых приводило к образованию гор . Частичное добавление этих сросшихся террейнов увеличило ширину вдоль западной окраины североамериканского континента в среднем на 600 км (370 миль) . ^[2]

Геометрия

Топографическое выражение аккреционного клина образует выступ, который может перекрывать бассейны накопленных материалов, которые в противном случае были бы перенесены в желоб из перекрывающей плиты. Аккреционные клинья являются домом для меланжа , сильно деформированных пакетов горных пород, которым не хватает связной внутренней слоистости и последовательного внутреннего порядка. ^[3]

Внутреннее строение аккреционного клина аналогично строению тонкокожего форланд- надвигового пояса. Образуется серия надвигов , приближающихся к траншее, при этом самые молодые внешние структуры постепенно поднимают более старые внутренние надвиги.

Форма клина определяется тем, насколько легко клин разрушается вдоль базального декольте и внутри него; это очень чувствительно к давлению поровой жидкости . Этот отказ приведет к образованию зрелого клина, который будет иметь равновесную треугольную форму поперечного сечения с критической конусностью . Как только клин достигнет критической конусности, он сохранит эту геометрию и превратится только в похожий треугольник большего размера .

Значение

Аккреционный клин ( Визуальный глоссарий Геологической службы США )

Говорят, что небольшие участки океанической коры, надвинутые на перекрывающую плиту, перекрыты . Там, где это происходит, на суше сохраняются редкие кусочки океанической коры, известные как офиолиты . Они представляют собой ценную природную лабораторию для изучения состава и характера океанической коры, механизмов ее размещения и сохранения на суше. Классическим примером является офиолит Берегового хребта Калифорнии, который является одним из самых обширных офиолитовых террейнов в Северной Америке. Эта океаническая кора, вероятно, сформировалась в средний юрский период, примерно 170 миллионов лет назад, в режиме растяжения в пределах задугового или преддугового бассейна. Позже он был прирос к континентальной окраине Лавразии. ^[4]

Продольное сужение осадочных отложений доорогенных отложений сильно коррелирует с кривизной подводного фронтального аккреционного пояса на окраине Южно-Китайского моря , что позволяет предположить, что толщина доорогенных отложений является основным фактором, определяющим геометрию фронтальных структур. Существующий ранее склон Южно-Китайского моря, расположенный наклонно перед наступающим аккреционным клином, препятствовал продвижению фронтальных складок, что привело к последовательному завершению складок против и вдоль простирания склона Южно-Китайского моря. Наличие склона Южно-Китайского моря также приводит к тому, что простирание нападающих складок северо-западного простирания более резко поворачивает в северо-восточное простирание, параллельное простиранию склона Южно-Китайского моря. Анализ показывает, что доорогенные механические/коровые неоднородности и морфология морского дна оказывают сильное влияние на развитие надвигового пояса в зарождающейся зоне столкновения Тайваньской дуги и континента . ^[5]

В аккреционных клиньях сейсмичность, активирующая наложенные надвиги, может привести к подъему метана и нефти из верхней коры. ^[6]

Механические модели, рассматривающие аккреционные комплексы как критически суженные клинья отложений, демонстрируют, что поровое давление контролирует угол их конусности, изменяя базальную и внутреннюю прочность на сдвиг. Результаты некоторых исследований показывают, что поровое давление в аккреционных клиньях можно рассматривать как динамически поддерживаемую реакцию на факторы, которые управляют поровым давлением (источниковые условия), и те, которые ограничивают поток (проницаемость и длина пути дренажа). Проницаемость отложений и толщина поступающих отложений являются наиболее важными факторами, тогда как проницаемость разломов и разделение отложений оказывают небольшое влияние. В одном из таких исследований было обнаружено, что по мере увеличения проницаемости отложений поровое давление снижается от почти литостатических до гидростатических значений и позволяет стабильным углам конусности увеличиваться с ~ 2,5 ° до 8–12,5 °. С увеличением толщины отложений (от 100–8 000 м (330–26 250 футов)), увеличение порового давления приводит к уменьшению стабильного угла конусности с 8,4–12,5 ° до <2,5–5 °. В целом, низкопроницаемые и толстые поступающие отложения поддерживают высокие поровые давления, соответствующие геометрии с небольшой конусностью, тогда как высокая проницаемость и тонкие поступающие отложения должны приводить к крутой геометрии. Активные окраины, характеризующиеся значительной долей мелкозернистых отложений во входящем разрезе, такие как северные Антильские острова и восточный Нанкай , имеют тонкие углы конусности, тогда как те, которые характеризуются более высокой долей песчаных турбидитов, такие как Каскадия , Чили и Мексика , имеют крутые углы конусности. Наблюдения с активных окраин также указывают на сильную тенденцию уменьшения угла конусности (от >15° до <4°) с увеличением толщины отложений (от <1 до 7 км). ^[7]

Быстрая тектоническая нагрузка влажных отложений в аккреционных клиньях, вероятно, приведет к повышению давления флюида до тех пор, пока оно не станет достаточным, чтобы вызвать дилатантный разрыв. Обезвоживание отложений, которые были надвинуты и аккрецированы под клином, может привести к устойчивому поступлению большого количества такой жидкости под высоким давлением. Дилатантный разрыв создаст пути эвакуации, поэтому давление жидкости, вероятно, будет буферизовано на уровне, необходимом для перехода между сдвиговым и косым растягивающим (дилатантным) разрывом, который немного превышает давление нагрузки, если максимальное сжатие почти горизонтально. Это, в свою очередь, смягчает прочность клина на уровне прочности сцепления, которая не зависит от давления и не будет сильно меняться по всему клину. Вблизи фронта клина прочность, вероятно, будет равна силе сцепления существующих надвигов в клине. Сопротивление сдвигу у основания клина также будет довольно постоянным и связано с силой сцепления слабого слоя осадка, который действует как базальное отделение. Эти предположения позволяют применить простую модель пластического континуума, которая успешно предсказывает наблюдаемую слегка выпуклую конусность аккреционных клиньев. ^[8]

Пелайо и Вейнс предположили, что некоторые цунами возникли в результате прорыва осадочных пород вдоль базального деколлемента аккреционного клина. ^[9]

Обычным аспектом аккреционной тектоники является взброс тыла аккреционного клина в дугообразном направлении над породами преддугового бассейна. Более старое предположение о том, что ограничители аккреционных клиньев наклоняются назад к дуге и что аккреционный материал внедряется под такими ограничителями, противоречит наблюдениям многих активных преддуг, которые указывают на то, что (1) надвиги являются обычным явлением, (2) преддуговые бассейны являются почти повсеместными ассоциатами. аккреционных клиньев, и (3) фундамент преддуги, где он изображен, по-видимому, расходится с осадочной пачкой, погружаясь под клин, в то время как вышележащие отложения часто приподнимаются против него. Обратному надвигу может быть отдано предпочтение там, где между гребнем клина и поверхностью преддугового бассейна имеется высокий рельеф, поскольку рельеф должен поддерживаться напряжением сдвига вдоль надвига. ^[10]

Примеры

В настоящее время активные клинья

• Средиземноморский хребет — часть активной зоны столкновения Африканской и Евразийской плит.
• Барбадосский хребет : Южно-Американская плита погружается под Карибскую плиту.
• Нанкайский аккреционный комплекс — Филиппинская морская плита погружается под Амурскую плиту . В последние годы это объект внимания для изучения температуры подводной жизни ^[11] и подземных горячих флюидов в зонах субдукции. ^[12]

Эксгумированные древние клинья

• Береговой хребет Чили между 38° и 43°ю.ш. ( метаморфический комплекс Баия-Манса ).
• Калабрийский аккреционный клин в Центральном Средиземноморье. Неогеновая тектоника центрального Средиземноморья связана с субдукцией и откатом траншеи Ионического бассейна под Евразию, что приводит к открытию Лигуро-Провансальского и Тирренского задуговых бассейнов и образованию Калабрийского бассейна. аккреционный клин. Калабрийский аккреционный клин представляет собой частично погруженный аккреционный комплекс, расположенный в Ионическом море и ограниченный по латерали откосами Апулии и Мальты. ^[13]
• Олимпийские горы расположены в штате Вашингтон. Горы начали формироваться около 35 миллионов лет назад, когда плита Хуан де Фука столкнулась с Североамериканской плитой и была погружена под нее . ^[14]
• Шельф Кадьяк в заливе Аляски . В геологии национального леса Чугач преобладают две основные литологические единицы: группа Вальдес (поздний мел) и группа Орка (палеоцен и эоцен). ^[15] Группа Вальдез является частью пояса мезозойских аккреционных комплексных пород длиной 2200 км и шириной 100 км, называемого Чугачским террейном. ^[16] Этот террейн простирается вдоль прибрежной окраины Аляски от острова Бараноф на юго-востоке Аляски до острова Санак на юго-западе Аляски . Группа Орка является частью аккреционного комплекса палеогенового возраста, называемого террейном Принца Уильяма, который простирается через пролив Принца Уильяма на запад через район острова Кадьяк , подстилая большую часть континентального шельфа на западе ^[17].
• Неогеновый аккреционный клин у полуострова Кенай , Аляска. Субдукционная аккреция и повторяющиеся столкновения террейнов сформировали конвергентную окраину Аляски. Якутский террейн в настоящее время сталкивается с континентальной окраиной ниже центральной части залива Аляска . В неогене западная часть террейна подверглась субдукции, после чего вдоль северо-восточного Алеутского желоба образовался клин осадочных пород . Этот клин включает в себя отложения, размытые с континентальной окраины, и морские отложения, перенесенные в зону субдукции Тихоокеанской плиты. ^[18]
• Францисканская формация Калифорнии. Возраст францисканских пород в районе залива варьируется от 200 до 80 миллионов лет. Францисканский комплекс состоит из сложного объединения полусвязных блоков, называемых тектоностратиграфическими террейнами, которые время от времени соскабливались с погружающейся океанической плиты, надвигались на восток и прилегали к западной окраине Северной Америки. Этот процесс сформировал последовательность штабелирования, в которой структурно самые высокие породы (на востоке) являются самыми старыми, а каждый крупный надвиговый клин на западе становится моложе. Однако внутри каждого из блоков террейна породы становятся моложе вверх по разрезу, но эта последовательность может повторяться многократно из-за надвигов. ^[19]
• Апеннины в Италии представляют собой в основном аккреционный клин , образовавшийся в результате субдукции. Этот регион является тектонически и геологически сложным, включая субдукцию микроплиты Адриа под Апеннины с востока на запад, континентальное столкновение плит Евразии и Африки, образующее Альпийский горный пояс дальше на север, и открытие Тирренского бассейна в Запад. ^[20]
• Карпатский флишевый пояс в Богемии , Словакии , Польше , Украине и Румынии представляет собой мел- неогеновую тонкокожую зону Карпатского надвигового пояса, надвинутого на Богемский массив и Восточно-Европейскую платформу . ^[21] Представляет собой продолжение альпийского реноданубского флиша Пеннинской толщи .

Смотрите также

• Метаморфизм зоны субдукции

Рекомендации

1. «Введение в формы рельефа и геологию Японии: Япония в зоне субдукции». Архивировано из оригинала 16 сентября 2016 года . Проверено 12 августа 2016 г.
2. "Глубоководный желоб". Британика. 22 января 2014 года . Проверено 14 января 2016 г.
3. Дэвис, Джордж Х. Структурная геология горных пород и регионов. (1996). стр583.
4. ван Андел, Тьерд Х. (2 декабря 2015 г.). «Тектоника плит». Британника . Проверено 14 января 2016 г.
5. Лин, Эндрю Т.; Лю, Чар-Шайн; Линь, Че-Чуан; и другие. (5 декабря 2008 г.). «Тектонические особенности, связанные с преодолением аккреционного клина на вершине рифтовой континентальной окраины: пример Тайваня». Морская геология . 255 (3–4): 186–203. Бибкод : 2008MGeol.255..186L. дои : 10.1016/j.margeo.2008.10.002.
6. Кальдерони, Джованна и др. Письма о Земле и планетологии. Сейсмическая последовательность Северных Апеннин (Италия) дает новое представление о роли флюидов в активной тектонике аккреционных клиньев. Том 281, выпуски 1–2, 30 апреля 2009 г., страницы 99–109.
7. Саффер, Д.М. и Б.А. Бекинс (2006), Оценка факторов, влияющих на поровое давление в аккреционных комплексах: последствия для угла конусности и механики клина, J. ​​Geophys. Рез., 111, B04101, номер документа :10.1029/2005JB003990.
8. Платт, Дж. (1990), Механика надвига в аккреционных клиньях с высоким избыточным давлением, J. Geophys. Рез., 95(B6), 9025–9034.
9. Пелайо, А. и Д. Винс (1992), Землетрясения-цунами: медленные надвиговые разломы в аккреционном клине, J. Geophys. Рез., 97(B11), 15321–15337.
10. Сильвер, Э. и Д. Рид (1988), Обратное движение в аккреционных клиньях, J. Geophys. Рез., 93(B4), 3116–3126.
11. Хойер; и другие. (23 ноября 2017 г.). Температурный предел глубокой биосферы у Мурото. Труды Международной программы открытия океана. Международная программа открытия океана. doi :10.14379/iodp.proc.370.2017.
12. Цанг, Мань-Инь; Боуден, Стивен А.; Ван, Жибин; Мохаммед, Абдалла; Тонай, Сатоши; Мюрхед, Дэвид; Ян, Кихо; Ямамото, Юдзуру; Камия, Нана; Окуцу, Нацуми; Хиросе, Такехиро (1 февраля 2020 г.). «Горячие флюиды, погребальный метаморфизм и термическая история в поднадвиговых отложениях на участке IODP 370 C0023, Нанкайский аккреционный комплекс». Морская и нефтяная геология . 112 : 104080. Бибкод : 2020MarPG.11204080T. дои : 10.1016/j.marpetgeo.2019.104080 . hdl : 2164/13157 . ISSN  0264-8172.
13. Минелли, Л. и К. Факценна (2010), Эволюция калабрийского аккреционного клина (центральное Средиземноморье), Tectonics , 29, TC4004, doi : 10.1029/2009TC002562.
14. "Олимпийские горы". Британника . Проверено 14 января 2016 г.
15. Шредер, Ф.К., 1900, Разведка части пролива Принца Уильяма и района Коппер-Ривер, Аляска, в 1898 году: Отчет о 20-летнем юбилее геологии США, часть. 7, с. 341–423.
16. Джонс, Д.Л., Сиберлинг, Нью-Джерси, Кони, П.Дж., и Монгер, JWH, 1987, Карта литотектонического террейна Аляски (к западу от 141-го меридиана): Карта различных полевых исследований Геологической службы США MF 1847-A.
17. Плафкер, Джордж и Кэмпбелл Р.Б., 1979, Разлом Пограничных хребтов в горах Сент-Элиас в Джонсоне, К.М., и Уильямс, Дж.Л., ред., Геологические исследования на Аляске, проведенные Геологической службой США, 1978: Циркуляр Геологической службы США 804. -Б, с. 102–104.
18. Фруен, Дж., Р. фон Хюэн и М. Фишер (1999), Аккреция после столкновения террейнов: Неогеновый аккреционный клин у полуострова Кенай, Аляска, Тектоника, 18 (2), 263–277.
19. Элдер, Уильям П. «Геология мыса Золотые Ворота» (PDF) . Служба национальных парков . Проверено 14 января 2016 г.
20. "Магнита 6,3 - ЦЕНТРАЛЬНАЯ ИТАЛИЯ" . Геологическая служба США. Архивировано из оригинала 14 апреля 2010 года . Проверено 14 января 2016 г.
21. Немкок, М., Кауард, М.П., ​​Серкомб, В.Дж. и Клекер, Р.А., 1999: Структура Западно-Карпатского аккреционного клина: выводы из построения поперечных сечений и проверки в песочнице. Физ. хим. Земля (А), 24, 8, стр. 659-665.

Внешние ссылки

• Визуальный глоссарий — Аккреционный клин. (Геологическая служба США)