Каледонская складчатость представляла собой цикл горообразования, зафиксированный в северных частях Британских островов , Скандинавских Каледонид , Шпицбергена , восточной Гренландии и некоторых частях северо-центральной Европы. Каледонская складчатость охватывает события, которые произошли от ордовика до раннего девона , примерно 490–390 миллионов лет назад ( млн лет назад ). Это было вызвано закрытием океана Япет в результате столкновения континентов Лаврентия и Балтика и микроконтинента Авалония .
Орогения названа в честь Каледонии , латинского названия Шотландии . Этот термин был впервые использован в 1885 году австрийским геологом Эдуардом Зюссом для обозначения эпизода горообразования в Северной Европе, предшествовавшего девонскому периоду . Геологи, такие как Эмиль Хауг и Ганс Стилле, рассматривали Каледонское событие как одну из нескольких эпизодических фаз горообразования, которые происходили в истории Земли . [2] В настоящее время считается, что каледонская складчатость включает в себя ряд тектонических фаз, которые могут быть диахронными по латерали . Поэтому название «Каледонский период» нельзя использовать для обозначения абсолютного периода геологического времени, оно применимо только к серии тектонически связанных событий.
В неопротерозое большая часть суши Земли была объединена в суперконтинент Родиния . Гондвана составляла его основную часть. [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 (Африканская) окраин Гондваны соответственно.
Лаврентия сначала отошла на запад от Гондваны, а затем мигрировала на север. Это привело к открытию океана Япет между Лаврентией, Балтикой и Гондваной. Его первоначальная фаза открытия произошла между соседними Лаврентией и Балтикой (запад и восток соответственно) и привела к их распаду c. 615 млн лет [3] или 590 млн лет назад. [4] Затем открылась часть между Лаврентией и Гондваной (на востоке) ок. 550 млн лет. [Примечание 4] Дальнейшее расширение океана Япета также привело к тому, что Лаврентия и Балтика отдалились друг от друга.
«Балтика» тоже дрейфовала на север. Это включало открытие океана Торнквист , который отделял его от северной окраины Гондваны на юге. Начало рифтинга Балтики и открытие океана Торнквист трудно датировать из-за недостаточности палеомагнитных данных, но они должны были произойти в те же времена, что и Лаврентия и океан Япет. [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) вблизи первоначального положения Балтики, которая находилась к северу от него . Его рифтогенный процесс повлек за собой открытие и распространение океана Рейк на юг, который отделил его от Гондваны. Этот рифтинг и раскрытие были ровесниками и могут быть связаны с началом субдукции в океане Япета. [5] Его дрейф направлялся к ордовикским позициям Балтики и Лаврентии, которые к тому времени находились дальше на север. Это также включало в себя потребление океанов Япета и Торнквиста вдоль его северной окраины.
Движение Авалонии было связано с притяжением плит , вызванным субдукцией океана Япет под границу Лаврентии на ее северо-западе, а также, возможно, с толканием хребта , вызванным расширением океана Рейк. Он мигрировал через океан Япет ортогонально (под прямым углом ). [6] Его дрейф включал поворот до 55° против часовой стрелки по отношению к зоне субдукции к северу, преимущественно в интервале 470–450 млн лет назад. [7] Он двигался значительно быстрее, чем Балтика, но при приближении к ней замедлился до скорости, сопоставимой со скоростью последней в позднем ордовике. [8]
Основные этапы каледонской складчатости возникли в результате сближения Балтики, Лаврентии и Авалонии, что привело к закрытию океана Япет.
МакКерроу и др. (2000) дают определение каледонской складчатости, которое включает в себя «все кембрийские , ордовикские , силурийские и девонские тектонические события, связанные с развитием и закрытием тех частей океана Япета, которые располагались между Лаврентией (на северо-запад) и Балтикой и Авалония (на юго-востоке и востоке)… и каждое тектоническое событие на протяжении этих 200 миллионов лет можно рассматривать как орогеническую фазу». Сюда входят тектонические события, которые были меньшими, локализованными и предшествовали более известным основным фазам этой складчатости.
В этом определении таконические и акадские складчатости на территории современной Северной Америки включены в фазы каледонской складчатости.
Некоторые ранние фазы деформации и метаморфизма отмечены в скандинавских каледонидах . Первой фазой, которую часто включают в каледонскую складчатость, является Финнмаркская складчатость, которая была ранним событием деформации в Арктической (северной) Норвегии , которое предшествовало скандинавской фазе (см. Ниже) в этой области. Его начало датируется ок. 500 млн лет назад (поздний кембрий ). Это продолжалось c. 460 млн лет назад и реактивировался в скандинавскую фазу при ~ 425–415 млн лет назад. [9] [10]
ван Ремунд и Брюкнер (2004) предположили отдельное орогенное событие, которое было отдельным и немного более молодым, чем финнмаркское событие, возраст которого они датировали 455 млн лет назад. Они назвали его Ямтландской орогенией . Речь идет о комплексе Севе-Наппе шведских Каледонид в центральной Швеции , который интерпретируется как вытянутая крайняя окраина Балтики. Вопреки предыдущему мнению, что он был погружен под океаническую островную дугу , они предполагают, что это произошло в результате столкновения с фрагментом континента.
Шелвейская складчатость произошла, в частности, в районе Шелве в Шропшире , в восточном Уэльсе и в английском Мидлендсе в позднем ордовике и была связана с таконской складчатостью . Он сформировал Шельфовую антиклиналь и синклиналь Риттон-Касл и был самым важным тектоническим событием в районе между кембрием и девоном . Складчатость сопровождалась магматическими интрузиями поздней стадии . Это событие вызвало серьезное несогласие в Шропшире со значительной эрозией перед отложением отложений в эпоху Лландовери силура ( 444–443 млн лет назад). До конца раннего девона перерыва в отложениях в этом районе не было , что было вызвано акадской складчатостью на Британских островах . [11] Это было связано с правосторонним (правосторонним) сдвиговым движением в системе разломов Понтесфорд-Линли и складчатостью в слоях до Эшгилла, поднятием прилегающей антиклинали Тоуи и магматической деятельностью. [7] [12]
Основные орогенические события или фазы каледонского складчатого цикла были связаны с окончательным закрытием океана Япет. Это были, в последовательном порядке, Грампианская фаза, стыковка Восточной Авалонии с Балтикой, Скандская фаза и Акадская фаза. Последнее предполагало: А) стыковку Англии и Уэльса (которые были частью восточной Авалонии) с восточной и южной Ирландией с Шотландией и остальной Ирландией (которые были частью Лаврентии). Б) объединение террейнов Западной Авалонии с восточной окраиной основного массива Лаврентии (об этой складчатости см. Акадскую статью о складчатости).
Во время заключительной части своей миграции на северо-запад Авалония слилась с Балтикой и Лаврентией на северо-востоке и северо-западе соответственно. После слияния с Восточной Авалонией Балтика слилась с Лаврентией в западном направлении. Совместное сближение этого микроконтинента и двух континентов привело к столкновению континентов между ними, упомянутым орогенным событиям и закрытию океанов Япет и Торнквист.
Коллизии континентов начались в среднем силуре и горообразовании и завершились в раннем девоне (420–405 млн лет назад). [13] [14]
Грампианская складчатость включала столкновения между двумя массивами суши Лаврентии и океанической островной дугой в океане Япет за пределами главной окраины тектонической плиты Лаврентии (будущая Северная Америка). Двумя Лаврентийскими территориями были Шотландия, а также Северная и Западная Ирландия . Остальные части Британских островов ( Англия и Уэльс , а также остальная часть Ирландии) входили в состав микроконтинента Авалония.
Выделены две части Авалонии: западная и восточная. Термин Западная Авалония относится к самой западной части микроконтинента, которая объединила восточное побережье основной части тектонической плиты Лаврентия (то, что сейчас является Северной Америкой) с западом в районе северных Аппалачей и Приморья . Восточная Авалония относится к а) части, которая объединилась с Балтикой , б) Англией, Уэльсом, а также восточной и юго-восточной Ирландией, которая объединилась с Шотландией, а также севером и западом Ирландии (которые были частью Лаврентии). [15]
Самая восточная часть Восточной Авалонии объединилась с Балтикой через наклонную мягкую стыковку, управляемую правосдвиговой конвергенцией и сдвигом , а не жесткое континентальное столкновение, вызванное орогеном . 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] Он состыковался с окраинами Балтики на юге Дании , в юго-западной части Балтийского моря и в Польше . В его состав вошли Силезия в Польше , северная Германия , Нидерланды , Бельгия и часть северо-восточной Франции ( Арденнские горы).
Англо -Брабантский массив или Лондон-Брабантский массив в центральной и южной Англии и в Бельгии представляет собой крупный массив фундамента . [Примечание 7] Это часть магматического пояса, который, начиная с Озерного края , к северу от этого массива, несет в себе свидетельства субдукции части моря Торнквиста под Авалонию и его закрытия. Закрытие океана Рейк , произошедшее вскоре после этого, произошло за счет субдукции вдоль южной окраины этого массива. [17]
Трансъевропейская шовная зона или зона Торнквиста — это область соединения Балтики и Восточной Авалонии. Он проходит от части Северного моря недалеко от Дании , через южную Данию, часть Балтийского моря между Данией и Польшей (мимо немецкого острова Рюген ) и через Польшу. Затем он следует по восточной окраине Восточных Карпат на западе Украины . Наконец, он доходит до Черного моря . Однако в Судетах и Восточных Карпатах он развивался через варисканский и альпийский складчатости, а не через каледонский. [18]
Скандинавская фаза включала столкновение восточной Гренландии на восточной окраине Лаврентии и окраины Балтоскандинавской платформы Фенноскандинавского полуострова Балтика. В нем участвовали скандинавские каледониды на территории нынешней Норвегии и шведские территории у ее границы. Это происходило от венлокской эпохи силура до среднего девона (430–380 млн лет назад). Джи и др. (2013) и Ладенбергер и др. (2012) предлагают пересмотренную датировку начала, установленную на уровне 440 млн лет назад, однако единого мнения по этому поводу нет. [19]
Скандинавское орогенное событие также привело к образованию гор Земли Королевы Луизы (или Земли Королевы Луизы) на северо-востоке Гренландии . Это обнаженная зона надвига субмеридионального простирания , которая отмечает западный предел интенсивной каледонской деформации. Доминирующие структуры интерпретируются как результат левосторонней транспрессии , которая включала разделение региональных деформаций между левосторонними сдвиговыми движениями на востоке и косыми надвигами и складками , направленными на северо-запад, и далее на запад. [20]
Это орогеническое событие также затронуло Шотландию и внешние Гебридские острова , вызвав надвиги в Северном нагорье , кульминацией которых стало развитие надвигового пояса Мойн , надвига Бен-Хоупа и надвига Навер-Сгурр-Биг (435–420 млн лет назад) [21] и привело к извержению вулканов. вторжение в Галлоуэй и Южные возвышенности (ок. 400 млн лет назад) в Шотландии и расширение батолита Озерного края в северной Англии . Все это охватывало зону Япетского шва (см. ниже). Это также вызвало сдвиговые разломы северо-восточного простирания, такие как разлом Грейт-Глен , который затронул супергруппу Мойн и скалы Далрадиана в Шотландии и на Шетландских островах через пограничный разлом Уоллс, который является продолжением разлома Грейт-Глен в северо-восточном направлении. [22]
Как упоминалось выше, Британские острова были разделены и принадлежали двум разным тектоническим плитам: Лаврентии ( Шотландия , северная и западная Ирландия ) и Авалонии ( Англия и Уэльс и остальная часть Ирландии). Раннедевонское акадское событие в этой области привело к объединению этих массивов суши и образованию Британских островов в их нынешнем виде. Это произошло в результате субдукции авалонской океанической коры, падающей на северо-запад , под южные окраины Лаврентийской суши.
С 1980-х годов термин акадский период , который относился к позднесилурийскому и раннему девонскому складчатому периоду в Северных Аппалачах и Приморских провинциях Канады , стал применяться к раннедевонской фазе деформации в Британских Каледонидах по аналогии с той, которая произошла в сейчас это Северная Америка . [17] Позднекаледонская складчатость — еще один термин, используемый в отношении этой фазы.
Эта фаза включала мягкую стыковку или мягкое столкновение, а не жесткое континентальное столкновение, вызывающее ороген , такое как стыковка Восточной Авалонии с Балтикой.
Это орогеническое событие было интерпретировано как позднекаледонская фаза и было вызвано закрытием океана Япет . Однако существует также аргумент, что правильнее было бы рассматривать его как протоварисканскую складчатость . Это связано с тем, что это девонское событие датировало столкновение Авалонии с Лаврентией на 15–20 миллионов лет позже и было ровесником ранней фазы варисканской складчатости (эо-варисканской или лигерийской), а также потому, что оно не было связано с океаном Япета. [17]
Также утверждалось, что, хотя акадская складчатость на Британских островах включала закрытие океана Япета, ее движущей силой на самом деле был толчок с юга, вызванный субдукцией на север океана Реика, который лежал к югу от Авалонии и разделял ее. из Гондваны . Закрытие этого океана повлекло за собой (раннее) Эо-Варисканское столкновение террейнов, связанных с Гондваной, в которое периферийно была вовлечена Восточная Авалония. [17] [23]
Субдукция океана Япета произошла под террейном долины Мидленд в Шотландии. Существует транссутурная свита интрузивных плутонов, которая охватывает обе стороны следа Япетского шва в террейне Южных возвышенностей Шотландии (к северу от шва) и террейне Лейксман-Ленстер в северной Англии и восточной Ирландии (к северу от шва) . к югу от шва), которые находились на окраинах Лаврентии и Авалонии соответственно. Размещение плутонов произошло после окончания субдукции океана Япета. [24] [25]
Террейн Южного нагорья считается аккреционным клином . Глубоководная морская седиментация здесь в ответ на субдукцию началась 455 млн лет назад и ознаменовала переход от первоначальной субдукции Япета, падающей на юго-восток под Авалонию, к субдукции, падающей на северо-запад, под Лаврентией. Около 430 млн лет назад аккреция на Южных возвышенностях и в Ирландии сменила ортогональную (под прямым углом) на левостороннюю (левостороннюю) транспрессивную форму, на что указывают складки кливажа , пересекающие против часовой стрелки. Отложения турбидитов в океаническом желобе перекрывались террейном Лейксман-Ленстер. Конвергенция Лаврентия-Авалония и субдукция океана Япета прекратились около 420 млн лет назад, о чем свидетельствует ослабление деформации в аккреционном клине в середине силура . [26]
Производство магмы должно быть больше в конвергентных тектонических режимах во время субдукции и заметно сокращаться при переходе к коллизионным режимам после субдукции . Однако во время субдукции Япета (455–425 млн лет назад) этот показатель был низким, и интрузивные породы в этот период практически отсутствовали на всех террейнах рассматриваемой территории. Большая часть акадского магматизма произошла после субдукции (425–390 млн лет назад) в региональной тектонической обстановке с чередующимися фазами транспрессии и транстензии . Высокие темпы образования магмы совпали с ок. 418–404 млн лет назад, раннедевонская фаза левостороннего растяжения. Оно уменьшилось во время акадской транспрессии 404–394 млн лет назад. [26]
Кроме того, в аккреционном клине Южного нагорья отсутствуют доказательства присутствия вулканической дуги , которая обычно обнаруживается вблизи зон субдукции. [27] Это привело к гипотезам о том, что породы дуги были размыты и, следовательно, не сохранились, что дуга была смещена в результате латерального движения по сдвиговым разломам или что это связано с субдукцией плоских плит , что снижает скорость магматизма . [26]
Нелисон и др. (2009) предлагают модель откола плиты, погружающейся в океан Япета , для учета интрузивных пород Грампианского террейна, внедряющихся после субдукции. Однако Майлз и др. (2016) отмечают, что интрузивные породы транссутурной свиты и всех террейнов региона близки по возрасту и геохимии. Таким образом, они утверждают, что общий механизм для всего региона включал плиту океана Япета , которая не просто откололась. Он также отслоился ниже шва Япета на протяжении ок. 100 км на юго-восток ниже Авалонии. Таким образом, они используют модель падения плит, вызванную расслоением литосферной мантии .
Террейн Лейксман охватывает север Англии до Уэнслидейла в Северном Йоркшире и пересекает Ирландское море , проходя мимо острова Англси у Уэльса . Его продолжением в восточной Ирландии является Ленстерский террейн. Объединенный террейн называется террейном Ленстер-Лейксман. Он расположен на южной окраине Япетского шва . В его состав входят Озерный край и остров Мэн .
Акадская складчатость затронула террейн Лейксман и северный Уэльс . Транспрессия привела к региональным поперечным левосторонним транспрессивным расколам по часовой стрелке, которые наложились на ранее существовавшие структуры. Складывание к северо-западу от шва Япета слабое, и это ослабление деформации к северу может указывать на то, что оно связано с субдукцией океана Рейк , а не с закрытием океана Япета. [26]
Озерный край на северо-западе Англии находился на северо-западной окраине английской части Восточной Авалонии, которая сближалась и сталкивалась с Шотландией и, таким образом, была вовлечена в акадскую фазу. Как правило, акадская деформация превратила глинистые породы в различных геологических образованиях района в сланцы , создав сланцевые трещины . [28]
Раннепалеозойские породы на острове Мэн в Ирландском море обнажаются вблизи или, вероятно, на шве Япета . Остров расположен непосредственно на юго-востоке.
Остров состоит в основном из группы Мэн и группы Далби , которые были деформированы в левосторонней зоне транспрессии во время левого наклонного закрытия океана Япет. Складки пересекаются по часовой стрелке своим кливажом , основными левосторонними разломами и пластическими сдвиговыми зонами, которые, как полагают, связаны с этой транспрессией. [35] Все первичные складки имеют одинаковый стиль и связаны с одним и тем же региональным спайностью, что позволяет предположить, что они примерно одного возраста. В некоторых местах наблюдается пластичная деформация, а на полуострове Лангнесс — широкая зона сдвига , которая деформирует первичный раскол и, как полагают, образовалась во время или вскоре после основной фазы деформации. [36]
Группа Далби была наброшена на группу Мэн, вероятно, в раннем девоне. На заключительном этапе закрытия океана Япет его турбидиты отложились с северо-востока в морской бассейн, соединявший окраины Авалонии и Лаврентии . Тектонический контакт между двумя группами коррелирует либо с турбидитами супергруппы Уиндермир (Озерный край), либо с группой Риккартон ( террейн Южного возвышения ). Первая гипотеза предполагает, что группа Далби первоначально отложилась в группе Мэн и впоследствии подверглась разломам. в его нынешние отношения. Последнее подразумевает, что это носок турбидитового аккреционного клина Южного Возвышения, надвигающегося или надвигающегося на континентальную окраину Авалонии. [37]
Широкий стиль деформации и возраст группы Мэн очень похожи на эквивалентные особенности группы Скиддо в Озерном крае и группы Риббанд в юго-восточной Ирландии. Эта группа считается их региональным эквивалентом. Он претерпел две основные фазы деформации, которые также затронули группу Далби: а) повсеместное сланцевое расслоение, связанное с плавно или умеренно погружающимися складками, которое также затронуло многие незначительные магматические интрузии , б) пологое падение кренуляционного раскола , связанное с небольшими складками, граничащими с направление падения подстилки . [31]
Существует несколько зон пластичного сдвига, которые проходят субпараллельно северо-восточным пограничным разломам группы Мэн, что указывает на преимущественно левосторонний сдвиг и, возможно, переход от ортогонального сжатия к транспрессии на более поздних стадиях акадской деформации. В этом отношении остров больше похож на террейн Южных возвышенностей Шотландии, чем на остров Озерного края . [31]
В Ирландии акадская складчатость затронула четыре основных террейна острова: Грампиан, долину Мидленд, Лонгфорд-Даун и Ленстер. Тектоническая деформация была легкой, поскольку коллизия была сильно косой с левосторонней транспрессией и без существенного утолщения земной коры . Породы девона и карбона несогласно залегают на складчатых и расколотых породах кембрия и силура . Имели место магматические интрузии с плутонами и батолитами .
Террейн имеет три пояса рельефа. Северный пояс и самая северная часть Центрального пояса претерпели чисто сдвиговую деформацию с осевым плоским спайностью и линией растяжения , перпендикулярной шарнирам складок. Южный пояс и остальная часть Центрального пояса подверглись левосторонней транспрессии . Это отражает позднеордовикско - силурийский переход от ортогонального к наклонному столкновению тектонических плит. В Центральном поясе кливажные разрезы складчаты по часовой стрелке и сопровождаются субгоризонтальной вытянутой линией. В Южном поясе Тинурский разлом является поверхностным выражением шовной зоны Япета. [38]
Шов Япета — это линия , где Каледонское столкновение закрыло океан Япета. В Ирландии он протекает от устья реки Шеннон на Атлантическом побережье до Клогерхеда в Ирландском море . Он пересекает это море и обнажается в разломе Ниарбил в южной части северного побережья острова Мэн . В Великобритании она проходит примерно параллельно англо-шотландской границе . Он состоит из серии разломов без следов субдукции , таких как остатки офиолитов или породы, образовавшиеся в океанических желобах . [42]
Япетский шов также простирается вдоль окраины Балтоскандинавской платформы Фенноскандинавского полуострова , которая столкнулась с восточной окраиной Гренландии вдоль восточной окраины Лаврентии в скандинавской складчатости.
По мнению некоторых авторов, в Каледонских континентальных столкновениях участвовал другой микроконтинент, Арморика (юг Португалии , большая часть севера Франции и части юга Германии и Чехии ), даже меньший по размеру, чем Авалония. [43] Этот микроконтинент, вероятно, не образовывал единую целостную единицу, а вместо этого представлял собой серию фрагментов, из которых наиболее важными являются нынешние Армориканский и Богемский массивы . Океан между объединенной континентальной массой Лаврентии, Балтики и Авалонии (называемой Еврамерикой, Лавруссией или Старым Красным Континентом ) и Арморикой, называется Рейским океаном .
Однако палеогеографическое положение фрагментов коры Арморики между ордовиком и каменноугольным периодом остается весьма спорным. Есть указания на то, что Богемский массив начал продвигаться на север начиная с ордовика [44] , но многие авторы относят аккрецию Армориканских террейнов с южной окраиной Лавруссии к каменноугольной варисканской складчатости (около 340 млн лет назад). Реногерцинский бассейн , задуговой бассейн , образовавшийся на южной окраине Еврамерики сразу после каледонского складчатого образования. По мнению этих авторов, при формировании этого бассейна откололся небольшой край Еврамерики. Бассейн закрылся, когда эти каледонские деформированные террейны снова присоединились к Лавруссии во время герцинской складчатости. [45]